Пылевые звуковые возмущения в запылённой ионосферной плазме и их проявления тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

На правах рукописи

УДК 533.951

Копнин Сергей Игоревич

ПЫЛЕВЫЕ ЗВУКОВЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В ЗАПЫЛЁННОЙ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ И ИХ ПРОЯВЛЕНИЯ

Специальность 01 04 02 - теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003444Э54

Долгопрудный 2008

003444954

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)»

Научный руководите"» доктор физико-математических наук

Попель Сергей Игоревич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Гавриленко Валерий Петрович доктор физико-математических наук Гусейн-заде Намик Г'усейнага оглы

Ведущая организация Объединённый институт высоких температур РАН

Защита состоится «2 У» июня 2008 г в / У часов минут на заседании

диссертационного совета Д212 156 03 при Московском физико-техническом институте по адресу 141700, Московская обл, г Долгопрудный, Институтский пер, д 9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института

Автореферат разослан «ЛА.» мая 2008 г

Учйиый секретарь

диссертационного совета Д212 156 03 кандидат физико-математических наук

Арсенин А В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Пылевой плазмой называется частично или полностью ионизованный газ, содержащий пылевые частицы Иногда так>ю плазму называют комплексной плазмой, коллоидной плазмой, плазмой с конденсированной дисперсной фазой, запыленной плазмой и др В настоящее время проводятся интенсивные исследования пылевой плазмы, на что указывают многочисленные публикации (ежегодно публикуется более 1000 работ по этой тематике) в различных изданиях С пылевой плазмой связаны такие приложения, как технологии плазменного напыления в микроэлектронике, плазменное траълспис и др Повышенный интерес к пылевой плазме также вшван развитием технологий получения тонких плёнок и частиц с размерами в накомасштабном диапазоне В процессе развития исследований в области управляемою термоядерного синтеза пылевая плазма была обнаружена в пристеночной области термоядерных установок с магнитим удержанием Пылевая плазма представляет интерес и с точки зрения ракетостроения, 1 к она была обнаружена вблизи искусственных спу попсов Земли Наряду с этим, производится множество исследований свойств пылевой плазмы и процессов, протекающих в ней, с точки зрения фундаментальной физики В 1994 году был впервые получен щшмгчно-пылевой кристалл Были высказаны гипотеза о происхождении Солнечной гистемы из облака пьшевой плазмы Во Вселенной, как полагают, существует мноюобразие плазменно-пылевых систем Это - солнечный вея ер, ионосфера и магмгосфера Земли, планетарные кольца, межзвездные и межгшанегчые гиазмепнопылевые облака, хвосты и комы комет и др В настоящее время все эти объекты активно исследуются

Интенсивные работы ведутся и в области физики пылггазовых облаков в атмосфере, а также физики серебристых облаков и полярных мезосферных радиоотражений, представляющих собой облака ледяных частиц наио- и микромасштабных размеров в ионосферной плазме на высотах 80 - 95 км При этом, на поверхности пылевых частиц протекают различные процессы, из которых можно выделить рекомбинацию электронов и нонов Нескомпенсироваьные потоки электронов и ионов, а также действие фотоэффекта могут приводить к отрицательной, либо положительной зарядке пылевых частиц В случае, когда ионосферная плазма содержит заряженные пылевые частицы, говорят о запылённой ионосферной плазме

Одним из источников пыли в ионосфере на высотах 80 - 120 км служат метеорные потоки Максимум концентрации пылевых частиц метеорного происхождения приходится на высоты 80 - 90 км и составляет более 104 см3 Не исключен конзектизный перенос

частиц вулканического происхождения, частиц сажи от крупных пожаров и др Пылевые частицы могут образовываться тахже и в результате конденсации паров воды

Исследование нижней части ионосферы Земли (в диапазоне высот от 80 до 120 км) представляет большой ингерес, тк это наименее изученная область атмосферы Трудности иссчедований на этих высотах связаны с тем, что они недостижимы для стратостатов В то же время плотность воздуха на этих высотах всё ещё высока и препятствует движению искусственных спутников Земли Поэтому способы изучения и диагностики этой области высот весьма ограничены Непосредственные эксперименты на данных высотах реализуются лишь с помощью пролётных ракет

Наличие заряженных пылевых частиц в нижней ионосфере кардинальным образом влияет на се ионизационные свойства [С1], а также на волновые процессы, протекающие в запылённой ионосфертай плазме Одним из важнейших проявлений свойств запылённой ионосферной плазмы является возможность существования низкочастотных пылевых звуковых возмущений, существование которых связано с движением заряженных мелкодисперсных пылевых частиц В 1999, 2000, 2001, 2003 годах проводились эксперименты [С2] по наблюдению радиоизлучения ионосферы у поверхности Земли Оказалось, что во время выпадения высокоскоростных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Ориониды, Геминиды на фоне флуктуаций радиошумов наблюдаются устойчивые «лылевь'ед линии с частотами порядка нескольких десятков Гц, типичными дад пылевой звуковой моды в условиях запылённой ионосферной плазмы в области высот 80 - 120 км Таким образом, появление флуктуаций радиощумов можно связать с наличием пылевых частиц, образованных пересыщенными парами веществ, попадающих в ионосферу в результате абляции метеорного вещества В связи с этим актуальной является проблема построения теории пылевых звуковых возмущений в запыленной ионосферной плазме, опредеаение механизмов (в том числе и нелинейных) их возбуждения, а также выявление эффектов, связанных с существованием линейных и нелинейных пылевых звуковых возмущений

Диапазон частот пылевых звуковых волн, существующих в запылённой ионосфере, перекрывается с инфразвуковой областью частот Инфразвук (от латинского шОа - ниже, под) представляет собой упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами находящимися в области частот, меньших частот, слышимых человеком Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты около 25 Гц Таким образом, актуачьной проблемой является изучение возможности генерации иифразвуковых колебаний пылевыми звуковыми возмущениями в запылённой ионосферной плазме и их наблюдения у поверхности Земли Пылевые звуковые возмущения могут также служить источником акустико-гравитационных волн (АГВ), имеющих длины волн, большие или порядка 1 км и частоты, находящиеся в

инфразвуковой области Рассмотрение основных проявлений АГВ, возбуждаемых пылевыми звуковыми возмущениями, во время метеорных потоков, которые могут быть зафиксированы наземными наблюдателями, также представляет несомненный интерес Исследования волновых свойств запылённой ионосферной плазмы может быть также полезно с точки зрения её диагностики

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка теории, описывающей волновые процессы, связанные с движением мелкодисперсных пылевых частиц, в плазме запыленной ионосферы, рассмотрение возможности нелинейною возбуждения пылевых звуковых возмущений, выявление обусловленных пылевыми звуковыми возмущениями физических эффектов в тропосфере, стратосфере и ионосфере, наблюдение коюрых может служить подтверждением существования пылевой звуковой моды в природе, определение свойств пылевых звуковых со;:игоноа в ионосферной плазме

Основные положения, выносимые из защиту

1 Показана возможность существований пылевых звуковых волн в плазме запылённой ионосферы Определены их законы дисперсии Установлено, что к затуханию пылевых звуковых волн в запыленной ионосфере, в основном, приводят процессы столкновений пылевых частиц с другими компонентами запылённой ионосферной плазмы, главным образом, с нейтральными атомами и молекулами Показано, что важным процессом, приводящим к возбуждению пылевых звуковых ьозмущекий в пллзме запылённой ионосферы, является модуляционная неустойчивость электромагнитных волн, связанная с джоулевым нагревом, пондеромоторной силой, эффектами зарядки и динамики пылевых частиц Определены инкременты, условия развития и пороги этого процесса

2 Показано, что возникновешге наблюдаемых в спектре радиошумоя ионосферы во время интенсивных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Геминиды, Ориониды низкочастотных спектральных линий с характерными частотами, составляющими несколько десятков Герц, обусловлено мод>ляцио1шым возбуждением электромагнитными волнами пылевых звуковых возмущений на высотах 80 - 120 км Тем самым, предложен физический механизм возникновения указанных линий в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков и впервые продемонстрирована возможность существования пылевой звуковой моды в природе

3 Показано, что возбуждение пылевых звуковых возмущений во время интенсивны ч метеорных потоков приводит к генерации инфразвуковых колебаний, которые в диапазоне часто с от нескольких десятых до нескольких десятков Герц у поверхности Земли могут превалировать над инфразвуковыми колебаниями ог дру1их источников Возбуждение пылевых звуковых возмущении в ионосферной плазме во время интенсивных метеорных потоков может приводить также к формированию иа высотах 110-120 км акустико-гравитационных вихревых структур В результате, во время интенсивных метеорных поюков оказывается возможным усиление относительной интенсивности зеленого излучения ночного неба

4 Показана возможность существовать пылевых звуковых солитонов в плазме запыленной ионосферы Определены их форма и свойства в зависимости от параметров плазмы и шакоа зарядов пылевых частиц Установлено, что знаки зарядов пылевых частиц однозначно определяют характер возмущений («горб» или «ямка» плотности) электронов и ионов в пылевых звуковых соли гонах Указанное свойство солитонов может использораться при диагностике параметров пьшевых частиц в плазме запыленной ионосферы

Научная новизна

Впервые развита теория, описывающая волновые процессы, связанные с движением мелкодисперсных частиц, в плазме запыленной ионосферы и показана возможно«:, возбуждения пылевых звуковых возмущений в плазме запылённой ионосферы в процессе развитая модуляционной неустойчивости электромагнитных волн

Впервые показано, что возникновение наблюдаемых в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков ншкочаиотных спектральных линий обусловлено модуляционным возбуждением пектромагншными волнами пылевых звукозых возмущений на высотах 80 - 120 км Тем самым, предложен физический механизм возникновения указанных линий в спектре радиошумоь ионосферы во время интенсивчых метеорных потоков и впервые продемонстрирована возможность существования пылевой звуковой моды в природе

Впервые показано, что возбуждение пылевых звуковых возмущений во время интенсивных метеорных потоков может приводить к генерации инфразвуковых колебаний, которые в диапазоне частот от нескольких десятых до нескольких десятков Гц у поверхности Земли могут превалировать над инфразвуковыми колебаниями от других источников

Впервые установлено, что возбуждение пылевых звуковых возмущений в ионосферной плазме во время интенсивных метеорных потоков может приводить к

формированию на высотах 110 - 120 км акустико-гравитационных вихревых структур В результате, во время интенсивных метеорных потоков оказывается возможным усиление относительной интенсивности зелёного излучения ночного неба

Впервые показано, что знаки зарядов пылевых частиц в плазме запыленной ионосферы однозначно определяют характер возмущений электронов и иоьов в распространяющихся в ней пылевых звуковых солитонах

Практическая ценность

Результаты диссертация могут быть использованы широким кругом специалистов, занимающихся изучением физических свойств лабораторной, околоземной и космической пылевой плазмы, исследованием электрофизических и оптических свойств аэрозолей, процессами, происходящими в активных геофизических аксперимектах (например, при инжекции в околоземную плазму вещества со спутников или геофизических ракет), проблемами плаието- и звездообразования, процессами энергспгреноса в продуктах сгорания твёрцых топлив Методы, развитые в диссертации, могут быть полезны для дальнейшего развития теории волновых процессов в лабораторной, околоземной и ионосферной пылевой плазме, при объяснении результатов низкочастотных радиометрических и акустических исследований у поверхности Земли, постановке новых задач, относящихся к указанным исследованиям, интерпретации данных наблюдений излучения ионосферы, при разработке способов диагностики состава пылевой ионосферной плазмы и свойств пылевых частиц Результаты данной работы могут также способствовать развитию ряда приложений технологической пылевой плазмы, направленных на разработку методов удаления пылевых частиц в производстве микросхем, создание материалов и покрытий с заданными свойстьами путём контролируемого осаждения взвешенных пылевых чассиц на подложку и т д

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывапись на XLV научной конференции Московского фимко-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2002), на 30 Европейской конференции по управляемому термоядерном/ синтезу и физике плазмы (Санкт-Петербург, Россия, 2003), XLVI научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия. 2003), на 35ой Научной ассамблее COSPAR (Париж, Франция, 2003), на Международной конференции «Mode Conversion, Coherent Structures and Turbulence» (Москва, Россия, 2004), на XLVII научной конференции Московского физико-технического института

(Москва-Долгопрудный, Россия, 2004), на XLVIH научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2005), на 4ой международной конференции по физике пылевой плазмы (Орлеан, Франция, 2005), на

XXXIII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, Россия, 2006), на Генеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2006), на III Ежегодном митинге азиатско-океанийского геонаучного сообщества (Сингапур, 2006), на VII Международном симпозиуме по радиационной гшазмодинамике (Москва, 2006), на XLIX научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2006), на

XXXIV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, (Звенигород, Россия, 2007), на I енеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2007), на МочодЬжной научной конференции «Физика я прогресс)/, (Санкт-Петербург, 2007), на 50ой научной конференции Московского физико-техническою института (Москва-До чгопрудный, Россия, 2007), на Генеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2008), на XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, Россия, 2008) Также, основчые результаты неоднократно докладывались на научных семинарах в Московском физико-техническом институте и Институте динамики геосфер Российской Академии наук

Публикации

В основу диссертации положены работы автора [1 - 20], опубликованные в журналах Физика щшмы, Planetary and Space Science, Advances in Space Research, в сборниках «blew Vistas in Dusty Plasmas», «Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах», «Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли», «Динамические процессы во взаимодействующих геосферах», а также в трудах международных и всероссийских конференций

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения Она изложена на 119 страницах машинописного текста и иллюстрирована 11 рисунками Библиография включает 146 наименований литературных источников

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении показана актуальность темы, изложена цель работы, дана ее общая характеристика, показано ей место среди других исследований по этой тематике, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы

В Первой главе преде гавлен краткий обзор исследований по пылевой плазме Акцент сделан на месте данной работы среди других исследований по тематике Освещены работы других авторов, посвящённых исследованиям нелинейных возмущении и эффектов, вызванных присутствием заряженных пылевых частиц в ионосферной плазме в области высот 80 - 120 км

В разделе 1 1 описаны источники пылевых частиц в ионосфере Кратко изложена теория образования серебристых облакоь и полярных мезосферных радиоотражений, представляющих собой пылевые структуры в запылённой ионосферной штазме Описаны другие источники пылевых частиц в ионосфер« на высотах 80 - 120 км (метеорные потоки, порождающие первичные и вторичные пылевые частицы метеорного происхождения) В разделе 12 введено понятие пылевой (комплексной) плазмы Приведены некоторые типы волновых процессов, протекающих в лабораторной пылевой плазме В разделе 1 3 описаны волновые процессы, протекающие в ионосферной плазме приведены характерные законы дисперсии для электромагнитных волн, ленгмюровских волн, ионных плазменных колебаний, ионно-звуковых both Показа.™ основное отличие запылённой ионосферной плазмы от плазмы, не содержащей заряженных пылевых частиц Показано, что в результате сильной амбиполярной диффузии электронов и ионов в ионосферной плазме затруднено распространение и существование электростатических колебаний, связанных с возмущениями электронной и ионной концентраций [О] Ситуация кардинально меняется, если в ионосферной плазме содержатся массивные заряженные пылевые частицы В этом случае характерные временные масштабы, связанные с пылевыми частицами, становятся много больше характерного времени амбиполярной диффузии Например, для параметров взятыч на высоте 90 км концентрации электронов л, ~ 3 104 см'3, концентрации заряженных пылевых частиц ияи100 см"3 и их характерному размеру а -10 им, концентрации нейтралов п„ «10'4 см"3, температуры Г» 150 К значение для времени диффузии заряженных пылевых частиц tJa~ 1 с, а для амбиполярной диффузии электронов и ионов tjj^ -10"' с При таком соотношении характерных времён оказывается возможным существование пылевых звуковых волн В разделе 1 4 приведено описание наблюдений радиошумов во время интенсивных метеорных потоков в 1999, 2000, 2001, 2003 годах В

ходе этих наблюдений на несущей электромагнитной волне с длиной волны Л ~ ? м, регистрировались флуктуации радиошумов Оказалось, что во время выпадения высокоскоростных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Ориониды, Геминиды на фоне флуктуаций радиошумов наблюдаются устойчивые «пылевые» линии в диапазоне частот 20 - 60 Гц Указанные частоты являются типичными для пылевой звуковой моды Таким образом, появление флухгуаций радиошумов можно связать с наличием пылевых частиц, образованных из пересыщенных паров веществ, попадающих в ионосферу в результате абляции метеор!)рго вещества [С4]

Вюрая глава посвящена рассмотрению линейных и нелинейных волн в ионосферной плазме, содержащей заряженные пылевые частицы и физических процессов, сопровождающих их распространение

В разделе 2 1 описаны процессы зарядки пылевых частиц в ионосферной плазме и приведена система уравнений, пршодная для описания волновых движений в столкровительной запылённой плазме нижней ионосферы Отмечено, что полный ток на пылезую частицу / (¡^ ) = ) + /, ) + Ifh (qd ) определяется суммой электронного

/,(oj) п ионного I,(qd) токов, а также фототока lph{q4) (<]j - электрический заряд

пылевой частицы) Причём, фототок может возникать только в дневное время под действием солнечного излучения Однако фотоэффекту подвержены не все пылевые частицы, что обусловлено их составом На высотах 70 - 130 км спектр солнечного ихтучения резко обрывается на длинах волн, около 170 нм, что соответствует энергии 7,3 эВ Если, при этом, вещество, составляющее пылевую часгицу, имеет работу выхода большую 7,3 эВ, то фотоэффекта не происходит Например, работа выхода чистого льда

s

составляет около 8 9 )В Таким образом, пылевая частица состоящая из чистого льда не подвержена фотоэффекту пи в дневное ни, тем более, в ночное время Частицы же, обладающие примесями щелочноземельных металлов (работа выхода для большинства щелочноземельных металлов не превосходит 7,3 эВ) могут быть подвержены фотоэффекту Для частиц метеорного происхождения работа выхода составляющего их вещества также не превосходит 7,3 эВ При этом, присутствие фотоэффекта при зарядке пылевых частиц с001ветствует дневным условиям, а его отсутствие - ночным Действие фелепффекта, как правило, приводит к положительному заряду пылевых частиц

Исходными для описания столкновительной запыленной плазмы нижней ионосферы являются гидродинамические уравнения, модифицированные на случай присутствия в плазме заряженных пылевых частиц Отметим, что в плазме нижней ионосферы имеет место сильная амбиполярная диффузия электронов и ионов В результате этого можно считать, что электроны и ионы находятся в диффузионном равновесия при распространении пылевых звуковых волн, что подразумевает однородные

8

изотропные распределения электронов и ионоя на характерных пространственно-временных масштабах данной задачи

В разделе 2 2 проводится развитие линейной теории пылевых звуковых волн Учёт линейных слагаемых в разложении температуры электронов (ионов) Г^, концентрации

электронов (ионов, пылевых частиц) п^ ^, заряда пычевых частиц по степеням

электрического поля Е позволяет получить систему уравнений описывающую пылевые звуковые возмущения

О— Т^г,е1-п,0УТг1+е>,,0Е, (1)

0 = (2)

2 5/ 2 " " 1,1 л,0 81 х '

2 д! 2 1 ^ 1 " пю 51 где индекс «О» - соответствует невозмущённым величинам, а индекс «I» - величинам, линейным по Е, =3(те/т1)уг1 - эффективная частота столкновений электронов с ионами, характеризующая скорость изотермолизации электронов и ионов; т^ - масса электрона (иона), х, =3 Х,-Т> ^¡(т,к) ~ электронный и ионный

коэффициенты температуропроводности соответственно, — частота столкновений электронов (ионов) со всеми компонентами запыленной ионосфервой плазмы, г]л ~ 0,73л(ОГгО/^о , -0,95«оГо/^о - невозмущенные коэффициенты вязкости

В случае силыюстолкновительной плазмы , ¡де юх

а}х, ~ ¡2, я К - частота и модуль волнового вектора низкочастотного [пылевого

звукового] возмущения), что соответствует условиям нижней ионосфсры, вариации для электронной и ионной концентраций имеют вид

п от

(5)

»,, _££ пл _ е<р

"еО *гО П10 Тт

где потенциал электростатического поля плазмы <р определяется из соотношения Е = -{*га£1^? Таким образом, можно считать, что электроны и ионы удовлетворяют распределениям Больцмана в условиях диффузионного равновесия в силыюстолкновительной ионосферной плазме При этом закон дисперсии пылевых звуковых волн £У5 (К) имеет вид

^Ш'-'Т-

(6)

где в случае > О

= 1 +

к1^

2 а».

Ь-

2 1+2 За)3 +1аг ц/г

1+-

2®«.

+

(7)

а в случае ^ < О

, 1 (, 1 + г iv, | 1 .„.

0 = 1+—,-^!+--5— +—т-т, (8)

КгЛ1{ г а>г + п>л) К2Я*

Од - - пылевая плазменная частота, та - масса пылевой частицы, л, -

концентрация пылевых частиц, = - электронный (ионный) радиус

Дебля, - характерная часгота зарядки, V, - частота столкновении электронов с г.ылевыми частицам, г = , т = Тг„/Г1а

Из выражения (6) видно, что затухание пылевых звуковых волн обусловлено частотой столкновений пылевых частиц с нейтральной компонентой ионосферы Для широкого диапазона параметров нижней запыленной ионосферы температуры нейтралов Тп и 130-155 К, их концентрации л„«2,4 10" см"3, характерного размера пылевых частиц а-10-10' нм, концентрации пылевых частиц и,, я 10-10'' см'3 характерное значение иА - 0,01-0,1 с"1

В разделе 2 3 рассмотрены нелинейные пылевые звуковые возмущения на примере пылевых звуковых солитонов в условиях серебристых облаков и полярных мезосферных рациоотражений Обнаружено их уникальное свойство в запылённой ионосферной плазме, а именно, зависимость вида возмущения (уменьшение или увеличение концентрации электронов в пылевом звуковом солитоне) о г знака заряда

Для списания пылевых звуковых солитонов используется система уравнений, включающая ь себя гидродинамические уравнения (уравнение непрерывности и уравнение, описывающее закон сохранения количества движения) для пьпевых частиц, распределения Бочьцмана для электронов и ионов, уравнение Пуассона для электростатического П01внциала, а также стационарное уравнение в рамках зондовой модели, позволяющее определи! ь зависимость зарядов пылевых частиц от

10

параметров плазмы. При анализе этой системы уравнений используется стандартный метод сагдеевского потенциала.

На основе указанной системы уравнений получены численные решения в виде пылевых звуковых солитонов произвольной амплитуды, а также исследована зависимость знака заряда пылевых частиц от знака амплитуды электростатического потенциала в пылевых звуковых солитонах. На рис. 1 и 2 приведены профили зависимости амплитуды солитонов tp0 от значения числа Маха М (определяемого как

отношение скорости солитона к величине ^¡Tjirij ) для характерных параметров запыленной ионосферы [С5] Tt = 7: = 135 -155 К, nJ0 » 100-П150 см"3, ле0 и 102 -И05 см"3. Анализ проводился следующим образом. Для различных параметров вычислялись размеры и заряды пылевых частиц на основе модели, учитывающей конденсацию паров воды. Определялась зависимость размера пылевых частиц от их концентрации.

Рис. 1. Профили амплитуд солитонов (ра на плоскости (М, ) в случае положительных зарядов пылевых частиц для параметров

Т, = 7; =141,1 К, пе0 я 3-104 см'5.

Рис. 2. Профили амплитуд солитонов <р0 на плоскости (М, пм) в случае отрицательных зарядов пылевых частиц для параметров

Г, =7; = 141,1 К, п^кЗ-10" см 3.

Кроме того, получено аналитическое выражение для пылевых звуковых солитонов в случае малых амплитуд:

<Р =

зм2 r(l + T + ZM ,d)M2-Z2dod]

1 (Ь -r2 + Zd0d) |А/4-3 Z],d

ch

fP f 72 rl^'1

(9)

Таким образом, показано, что в случае положительного заряда пылевых частиц (когда в их состав входят примеси щелочноземельных металлов) в пылевых звуковых солитонах наблюдается увеличение (уменьшение) концентрации электронов (ионов). В случае отрицательного заряда пылевых частиц (пылевые частицы состоят их чистого льда) ситуация противоположная: наблюдается уменьшение (увеличение) концентрации электронов (ионов). Наблюдения пылевых звуковых солитонов в пылевой мезосфере могут оказаться полезными с точки зрения диагностики плазмы запыленной ионосферы,

серебристых облаков и полярных мезосферных радиоотражений, а также определения веществ и материалов, составляющих пылевые частицы

Третья глава посвящена разработке теории возбуждения пылевых звуковых возмущений в запыленной ионосферной плазме в результате развития модуляционной неустойчивости электромагнитных волн Показано, что в результате модуляционной неустойчивости электромагнитных воли оказывается возможным возбуждение пылевых звуковых возмущений на высотах 80 - 120 км Определены инкременты, условия развития и пороги этого процесса Приведено объяснение изменений в наблюдаемых спектрах радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков

В разделе 3 1 выписаны основные уравнения для модуляционной неустойчивости электромагнитных волн в запылённой ионосферной плазме В условиях диффузионного равновесия электронов и ионов система, описывающая этот процесс, имеет вид

- л„УГ„У|Е|2 =0, (10)

еп^г+кТ^+кп.ЧТ^П, (11)

= (12) а/2 * Ы т.

2 81 2ЛУ"+№ л> пп1Г~ '

(13)

= (14)

I сЧ 2 пл от

= (15)

с0± п,о ®±

Здесь <р - потенциал низкочастотного возмущения, Е — электрическое поле электромагнитной волны накачки, к- показатель адиабаты, в случае изотермического процесса к = 1, в случае адиабатического процесса лг = 3, а>± = С1±а0 и к± = К±к0, со0, к0 - частота и волновой вектор, соответствующие волне накачки, П, К - частота и волновой вектор модуляционного возмущения, =4ггпе0ег/т1 - электронная ленгмюровская частота, = 1 - си^ /е^ - высокочастотная диэлектрическая

проницаемость ионосферной плазмы, Е+ =Е, Е. = Е", Е0+ =Е0, Е„_ = Е„ В уравнениях (10) - (15) одновреметто учтены как процессы зарядки пылевых частиц, так и динамика пылевых частиц

В разделе 3 2 проведен анализ модуляционной неустойчивости в условиях действия фотоэффекта (дневное время) когда величина заряда пылевых частиц положительна и

12

достаточна велика Роль ионов пренебрежимо мала, вследствие их малой концентрации или полного отсутствия В этих условиях для типичных параметров запыленной нижней ионосферы пм »100 см"3, Тм ~ 155 К, а 10г нм, плотности нейтрального газа р0 = 1 23 10"8 г см'3, потока солнечного излучения, аппроксимированного посредсгвом спектров излучения [С6], справедливыми оказываются соотношения у.'уск ^ Ф®*. ^ у* где С\-пмцг^м1паггта При этом возможна реализация

двух случаев

п»й)х , (16)

(17)

В случае иг С^К»С1 волна быстро затухает, и модуляционная неустойчивость не успевает развиться

В случае выполнения соотношения (16) из системы уравнений (10)—(15) следует, что инкремент развития модуляционной неустойчивости имеет вид

УтА :

' — V С2 К2 _

3' * со2 соУ + К'с'

К с

Е„

1/5

(18)

Режим развития модуляционной неустойчивости с инкрементом (18) реализуется при выполнении следующих условий

|ЕоГ

4лплТ>0

-»шах

3 С3К аУ+К'с' ю\ 3 К.)' тУ + К"

К2сг со* '8 У.С1К2 К2с2

(19)

При фиксированной амплитуде волны накачки инкремент (30) лежит в пределах

3 оЛ С2

Ы'

8 <

-^Гпы^-хК-Т 3 о„

СцКсК

(20)

В случае, когда реализуется соотношение (17) инкремент развития модуляционной неустойчивости имеет вид

У пЫ

=г-Л

С2К2

1/2

Кс

«О ^соУ; +К*с*

■ 2 >1

(21)

При фиксированной амплитуде волны накачки инкремент (21) лежит в пределах

/ л2 С„КсК )

и,®.

¡Ее

'о ) 4хплТ„

14

\ V с I 4

(22)

В разделе 3 3 анализ модуляционной неустойчивости проводится для ночных условий (или в случае частиц с работой выхода большей 7 3 эВ), когда фотоэффект отсутствует При этом пылевые частицы заряжены отрицательно, а характерные

параметры для высот 80 - 120 км следующие пм я 100 см'3, ncQ ~ Ю4 ш'3, 7,0 »155 К,

л»102 им, ра =123 10"* г см'3 Справедливыми оказываются следующие соотношения

К » ЪК^'К» "а, » С1К1

При выполнении соотношения П<ка> не происходит развитие модуляционной

неустойчивости Интерес представляют случай !)»й; модуляционной неустойчивости имеет вид

а

У mod 5

При этом инкремент

(23)

где С] = С^ = Т^/'т^, П0 = (8ие^й)^И02/Зсг)3 - характерная частота, К02 = е2 |Е0|21^.тетлсо\), эффективная частота столкновений при этом имеет вид

v.

-id , КХ + {*Г + 1)Г

<">ы + CIK*

1+//+

iCIT

-ICI + у^ -3 iCl + o,

r,d

+

a v.,

CIK*

-iQ + vc, n 1+ivJna) +

rCj*2

(24)

Режим развития модуляционной неустойчивости с инкрементом (35) реализуется

при

Е„

Г*

- ■» —

3 a>0V2-i£V а2

Г+1,

3

4

jcV

(25)

"V 'Sd

где yh=TtQ/md имеет характерный порядок величины скорости распространения пылевой звуковой волны

Максимальное значение инкремента модуляционной неустойчивости (23) при фиксированной амплитуде волны накачки имеет вид

( V/2

/mod

4

'3 "I

За.

"о С: +

1

Г fc

3/2

(26)

Порог модуляционной неустойчивости электромагнитных волн в запылённой ионосферной плазме определяется линейным декрементом затухания пылевых звуковых волн иЛ/2 (иА -0,01-0,1 с1)

В разделе 3 4 приводится объяснение модификации наблюдаемых спектров радиошумов ионосферчой плазмы во время метеорных потоков Персеиды, Леониды, Ориониды, Геминиды в 1999, 2000, 2001, 2003 годах Оказывается, что при

распространении электромагнитной волны в запылённой нижней ионосфере Земли в результате модуляционного взаимодействия возбуждаются электростатические низкочастотные колебания с характерными частотами, близкими к частотам пылевых звуковых волн, что может приводить к модуляции электромагнитных волн Именно низкочастотная составляющая промодулированной волны на фоне ионосферных шумов и фиксируется у поверхности Земли [С2] Полученные теоретические результаты (в частности, пороговые значения модуляционной неустойчивости) находятся в хорошем соответствии с наблюдаемыми данными шумов ионосферной плазмы во время метеорных потоков

2 Т

(27)

Четвертая глава посвящена исследованию возможности генерации пылевыми звуковыми возмущениями, возбуждаемыми во время интенсивных метеорных потоков, колебаний акустического типа

В разделе 4 1 разрабатывается теория генерации инфразвуковых волн пылевыми ззуковыми возмущениями Показано, что облако пылевых частиц (представляющее собой запылённую ионосферную плазму) является источником излучения звуковых волн с максимальной амплитудой колебаний звукового поля порядка фонового атмосферного давления Установлено, что у поверхности Земли максимальная амплитуда инфразвуковых колебаний, вызванных пылевыми звуковыми возмущениями в запылённой плазме нижней ионосферы, составляет величину порядка

' т.яН , еХР —

Р (г Л~ Р0У< \ О I _

здесь 8К - волновое число инфразвуковой волны, Н - высота локализации пылевого облака в ионосферной плазме, У1 - его объём

Для характерных параметров запыленной нижней ионосферы температуры нейтралов Тм ~ 130-200 К, их концентрации л„ »Ю12-10" см'3, характерного размера пылевых частиц а -1 т 103 нм, концентрации пылевых частиц л,,» 10-10' см"3, концентрации электронов леи104-10! см3, концентрации ионов л,»104-105 см'3 Рп 1п1И может составлять несколько Паскалей На рис 3 представлены амплитудно-частотные зависимости, характеризующие распределение инфразвуковых колебаний у поверхности Земли от различных источников (большие и малые взрывы, волны Рэлея при землетрясениях, магнитные бури, ураганы, смерчи, сверхзвуковая авиация, микробаромы и грозы, волны, ассоциируемые с горами и др) Области 1—6 построены на основе данных, предоставленных Ю С Рыбновым Кривая 7 характеризует инфразвуковые колебания, происхождение которых связано с существованием пылевых звуковых волн в

15

нижней ионосфере Земли во время метеорных потоков. Зависимость 7 определена при следующих параметрах: высота локализации пылевого облака /г» 90 км, его характерный вертикальный размер порядка 1 км, его горизонтальный размер - 10 км, размер пылевых частиц, составляющих облако, а «25 нм, их концентрация па «10г см"3, концентрация электронов пе я!05 см"3, температура нейтралов «140 К. Видно, что для частот от нескольких десятых до нескольких десятков Гц генерация инфразвуковых колебаний пылевыми звуковыми возмущениями во время метеорных потоков Персеиды, Леониды, Геминиды, Ориониды может быть наиболее важным источиюсом инфразвука у поверхности Земли.

V, Ги

Рис. 3. Амплитудно-частотные зависимости, характеризующие распределение инфразвуковых колебаний у поверхности Земли от различных источников. Представлены: область инфразвуковых возмущений, порождаемых малыми изрыв&ми (1); область инфразвуковых волн от больших взрывов (2); инфразвуковые колебания от волн Рэлея при землетрясениях, магнитных бурь, ураганов, смерчей, волн, ассоциируемых с горами (3); область волн, источником которых является сверхзвуковая авиация, грозы (4); микробаромы (5); область, ограничивающая зону существования локального турбулентного шума (6); область существования волн, связанных с пылевой звуковой модой во время метеорных потоков (7).

В разделе 4.2 установлена возможность возбуждения пылевыми звуковыми возмущениями акустико-гравитационных волн с характерным законом дисперсии аг = ¡к*, где квадрат волнового вектора акустико-гравитационных волн имеет вид:

*,2=<Н2,+1/4Я2. В областях

атмосферы, где А'2 < 0, развивается конвективная неустойчивость, приводящая к раскачке АГВ с инкрементом N ■ Условие .У2 < 0 определяет область, где выполняется неравенство (^1п(р0)/с&)/(£/1г,(Рл0)/оЬ) <\/у. Для стандартной атмосферы это неравенство справедливо в области высот 110 - 120 км На этих высотах в результате развитая конвективной неустойчивости происходит формирование акустико-

гравитационных вихревых структур, наличие которых может приводить к усилению зеленого излучения ночною неба [С7] во время интенсивных метеорных потоков таких, как Персеиды, Ориониды, Леониды и Геминиды

В Заключении сформулированы основные результат и выводы диссертации

1 Показана возможность существования пылевых звуковых волн в плазме запылённой ионосферы Определены их законы дисперсии Установлено, что к затуханию пылевых звуковых волн в запыленной ионосфере, в основном, приводят процессы столкновений пылевых частиц с другими компонентами запыленной ионосферной плазмы, павным образом, с нейтральными атомами и молекулами Показано, что важным процессом, приводящим к возбуждению пылевых звуковых возмущений в плазме запыленной ионосферы, является модуляционная неустойчивость электромагнитных волн, связанная с джоулевым нагревом, пондеромоторной силой, эффектами зарядки и динамики пылевых частиц Определены инкременты, услс;шя развития и пороги этого процесса

2 Показано, что возникновение наблюдаемых в спектре радпошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Геминиды, Ориониды низкочастотных спектральных линий с характерными частотами, составляющими несколько десятков Герц, обусловлено модуляционным возбуждением электромагнитными волнами пылевых звуковых возмущений на высотах 80 - 120 км Тем самым, предложен физический механизм возникновения указанных линий в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков и впервые продемонстрирована возможность существования пылевой звуковой моды в природе

3 Показано, что возбуждение пылевых звуковых возмущений во время интенсивных метеорных потоков приводит к генерации инфразвуковых колебаний, которые в диапазоне частот от нескольких десятых до нескольких десятков Герц у поверхности Земли могут превалировать над инфразвуковыми колебаниями от других источников Возбуждение пылевых звуковых возмущений в ионосферной плазме во время интенсивных метеорных потоков может приводить также к формированию на высотах 110-120 км акустико-гравитационных вихревых структур В результате, во время интенсивных метеорных потоков оказывается возможным усиление относительной интенсивности зеленого излучения ночного неба

4 Показана возможность существования пылевых звуковых солитонов в плазме запьшенной ионосферы Определены их форма и свойства в зависимости от параметров плазмы и знаков зарядов пылевых частиц Установлено, что знаки зарядов ньитевых частиц однозначно определяют характер возмущений («горб» или «ямка» плотности) электронов и ионов в пылевых звуковых солитонах Указанное свойство солитонов может

использоваться при диагностике параметров пылевых частиц в плазме запыленной ионосферы

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

[1] Kopnm SI, Kosarev IN, Popel SI, and Yu MY Localized Structures of Nanosize Charged Dust Grains in Farth's Middle Atmosphere // Planetary and Space Science -2004 -V 52 -P 1187-1194

[2] Копнин С И , Косарев И Н, Попель С И, Ю Мига- Пылевые звуковые солитоны в плазме запыленной ионосферы Земли // Физика плазмы - 2005 - Т 31, № 2 -С 224-232

[3] Popel S I, Kopnin SI, Kosarev IN and Yu M Y Solitons in Earth's Dusty Mesosphere//Advances in Space Reseaich -2006 -No 2 -P. 414-419

[4] Копнин С И, Попель СИ, Ю Минг Модуляционное возбуждение низкочастотных пылевых звуковых колебаний в нижней ионосфере // Физика плазмы -2007- Т 33, № 4 - С 323-336

[5] Копнин С И, Попель С И Генерация инфразвуковых колебаний низкочастотными пылевыми звуковыми возмущениями в нижней ионосфере Земли // Физика плазмы -2008-Т 34,№6 -С 517-526

[6] Kopnm SI, Popel SI Dust Acoustic Mode Manifestations in Earth's Dusty Ionosphere // New Vistas m Dusty Plasmas / Edited by L Boufendi, M. Mikkian, PK Shukla -Melville, New York American Institute of Physics, 2005 -P 161-164

[7] Копнин С И, Косарев И Н, Попель С И Пылевые нелинейные структуры в мезосфере Земли - В сб Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли / Под ред ЮИ Зецера -М ИДГ РАН, 2003 - С 107-115

[8] Копнин С И, Попель С И Нано- и микромасштабные частицы в ионосфере Земли - В сб Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах / Под ред В В АдушкинаиСИ Попеля, М МФТИ, 2006 - С 74-81

[9] Копнин С И, Попель С И Проявления пылевой звуковой моды в ионосфере - В сб Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах / Под ред В В Адушкина и С И Попеля, М МФТИ, 2006 -С 104-115

[10] Копнин С И, Попель С.И Формирование нано- и микромасгатабных частиц в атмосфере во время метеорных потоков и генерация инфразвуковых колебаний - В сб Динамические процессы во взаимодействующих геосферах / Под ред С Б Турунтаева, М ИДГ РАН, 2006 ~С 420-427

[11] Kopnin S I, Kosarev IN and Popel S I Nonlinear Perturbations in Dusty Mesosphrre // 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, St Petersburg, 711 July 2003 European Conference Abstracts -V 27A,-P 4 126

[12] Popel SI, Kopnm S 1, Kosarev IN and Yu M Y Nonlinear Structures in Earth's Dusty Ionosphere // The International Conference MSS-04, Moscow, 2004 Mode Conversion, Coherent Structures and Turbulence - P 344—349

[13] Копнин СИ, Попель СИ Пылевая звуковая мода в ионосфере Земли -Тезисы докладов XXXIII Звенигородскои конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород, Россия - М , 2006 - С 174

[14] Копнин С И, Попель С И Модуляционная неустойчивость электромагнитной волны в плазме запылённой ионосферы - Тезисы докладов XXXIII Звенигородской конференция по физике плазмы и У1 С, Звенигород, Россия - М , 2006 -С 240

[15] Kopnin SI, Popel SI Dust Acoustic Mode in Earth's Ionosphere // General Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 2006 - Geophysical Research Abstracts - V 8, - P 00504

[16] Копнин СИ, Попель СИ Пылевая звуковая мода в геофизических процессах // VII Международный симпозиум по радиационной гшазмодингмике, Звенш ород, Россия - Сборник научных трудов, М, 2006 - С 161-162

[17] Копнин СИ, Попель СИ Возбуждение инфразвуковых колебаний в пылевой плазме ионосферы - Тезисы докладов XXXIV Звенигородской конференция по физике гошмы и УТС, Звенигород, Россия -М,2006 -С 192

[18] Kopnin S I, Popel S I Excitation of Infrasonic Oscillations During Meteor Fluxes // General Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 2007 - Geophysical Research Abstracts -V 9,-P 00629

[19] Копнин СИ Наблюдаемые эффекты в запыленной плазме ионосферы, связанные с интенсивными метеорными потоками - Сборник тезисов Молодежная научная конференция «Физика и прогресс», Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербург, 2007 -С 18

[20] Kopnin S I, Popel S I, and Yu M Y Phenomena Associated with Dusty Plasma Formation in the Ionosphere during Meteor Showers // Genera! Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 2008 - Geophysical Research Abstracts - V 10, - P 07346

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[С1] Клумов Б А, Морфилл Г Е, Попель С И //ЖЭТФ -2005 -Т 127,№ 1 -С 171 [С2] Мусатенко С И, Мусатенхо Ю С , Курочка ЕВ и др // Геомагнетизм и аэрономия -2006 -Т 46 - С 182

[СЗ] Lie-Svendsen О, BIix Т А , Норре U and Thrane F // Journal of Geophysical Research -

2003 -V 108, No D8 -P 8442 [C4] Kopmn S I, Popel SI// New Vistas in Dusty Plasmas / Edited by L Boufendi, M Mikkian, PK Shukla - Melville, New York American Institute of Physics, 2005 -P 161 [C5] Havnes О, Aslaksen T, Brattli A //Physica Scnpta -2001 -V T89 --P 133 [C6] Klumov В A, Popel SI, Bragham R // Письма в ЖЭТФ 2000 T 72 С 524 [С7] Абурджаниа Г Д, Самоорганизация нелинейных вихревых структур и вихревой турбулентности в диспергирующих средах М КомКнига, 2006

Отпечатано в типографии ООО «Гипрософт» г Москва, Ленинский пр-т, д 37А Тираж 100 экз

Введение

Глава 1. Краткий обзор

Нано- и микромасштабные частицы в околоземной плазме

1.1.1 Формирование частиц в результате процессов конденсации на высотах 80 - 95 км.

1.1.1.1 Серебристые облака и полярные мезосферные радиоотражения

1.1.1.2 Конденсация паров воды

1.1.1.3 Оценка размеров критического радиуса зародышей конденсации

1.1.1.4 Оценка размеров сконденсировавшихся частиц

1.1.1.5 Результаты численного расчета

1.1.2 Частицы межпланетной пыли и микрометеороиды.

1.1.3 Вторичные частицы метеорного происхождения

1.2 Волновые процессы в пылевой плазме

1.2.1 Пылевая (комплексная) плазма

1.2.2 Волны в пылевой плазме

1.2.2.1 Линейные волны в пылевой плазме

1.2.2.2 Нелинейные возмущения в пылевой плазме

1.3 Волны в ионосфере

1.4 Наблюдение радиошумов во время метеорных потоков

Глава 2. Линейные и нелинейные пылевые звуковые волны в запылённой ионосферной плазме

2.1 Основные уравнения

2.2 Линейные пылевые звуковые волны в запылённой ионосфере

2.2.1 Линеаризованная система уравнений

2.2.2 Закон дисперсии пылевых звуковых волн|

2.3 Пылевые звуковые солитоны в плазме запылённой ионосферы

2.3.1 Описание модели

2.3.2 Солитонные решения

2.4 Заключительные замечания

Глава 3. Модуляционное возбуждение пылевых звуковых возмущений

3.1 Основные уравнения для модуляционной неустойчивости электромагнитных волн

3.2 Модуляционная неустойчивость электромагнитных волн. Случай положительной зарядки пылевых частиц.

3.3 Модуляционная неустойчивость электромагнитных волн. Случай отрицательной зарядки пылевых частиц.

3.4 Метеорные потоки и модификация низкочастотной части спектра радиошумов ионосферы

3.5 Заключительные замечания

Глава 4. Пылевые звуковые возмущения и возбуждение колебаний акустического типа

4.1 Генерация инфразвуковых колебаний пылевыми звуковыми возмущениями

4.2 Возбуясдение акустико-гравитационных волн и усиление зелёного излучения ночного неба во время интенсивных метеорных потоков

4.3 Заключительные замечания

Актуальность темы. В настоящее время проводятся интенсивные исследования пылевой плазмы, на что указывают многочисленные публикации (ежегодно публикуется более 1000 работ по этой тематике) в различных изданиях. Проблематике пылевой плазмы посвящены монографии [1 - 3] и многочисленные обзоры [4 — 25].

Обычно пылевой плазмой называется частично или полностью ионизованный газ, содержащий пылевые частицы. Иногда такую плазму называют комплексной плазмой, коллоидной плазмой, плазмой с конденсированной дисперсной фазой, запылённой плазмой и др. [23]. Впервые в лабораторных условиях пылевую плазму получил И. Ленгмюр ещё в 20-х годах XX века. Однако активное изучение свойств пылевой плазмы началось лишь в 90-е годы прошлого столетия в связи с различными приложениями в науке, технике и природе.

С пылевой плазмой связаны такие приложения, как технологии плазменного напыления в микроэлектронике, плазменное травление и др. Повышенный интерес к пылевой плазме также вызван развитием технологий получения тонких плёнок и частиц с размерами в наномасштабном диапазоне. В процессе развития исследований в области управляемого термоядерного синтеза пылевая плазма была обнаружена в пристеночной области термоядерных установок с магнитным удержанием [5, 26, 27]. Пылевая плазма представляет интерес и с точки зрения ракетостроения [28, 29], т.к. она была обнаружена вблизи искусственных спутников Земли. Наряду с этим, производится множество исследований свойств пылевой плазмы и процессов, протекающих в ней, с точки зрения фундаментальной физики [4, 30 - 35]. В 1994 году был впервые получен плазменно-пылевой кристалл [4, 36, 37]. Были высказаны гипотезы о происхождении Солнечной системы из облака пылевой плазмы [4,32]. Во Вселенной, как полагают, существует многообразие плазменно-пылевых систем [32-35, 38-41]. Это - солнечный ветер, ионосфера и магнитосфера Земли, планетарные кольца, межзвёздные и межпланетные плазменно-пылевые облака, хвосты и комы комет и др. [4,32—35]. В настоящее время все эти объекты активно исследуются [4,28,29,35,42,43].

Интенсивные работы ведутся и в области физики пылегазовых облаков в атмосфере, а также физики серебристых облаков и полярных мезосферных радиоотражений, представляющих собой облака ледяных частиц нано- и микромасштабных размеров в ионосферной плазме на высотах 80 - 95 км (см., например, [44-46]). При этом, на поверхности пылевых частиц протекают различные процессы, из которых ■ можно выделить рекомбинацию электронов и ионов. Нескомпенсированные потоки электронов и ионов, а также действие фотоэффекта могут приводить к отрицательной, либо положительной зарядке пылевых частиц. В случае, когда ионосферная плазма содержит заряженные пылевые частицы, говорят о запылённой ионосферной плазме (см., например, [47]).

Одним из источников пыли в ионосфере на высотах 80 - 120 км служат метеорные потоки. Согласно [48] и [49] максимум концентрации пылевых частиц метеорного происхождения приходится на высоты 80 - 90 км и может составляет более 104 см"3 [50]. Не исключён конвективный перенос частиц вулканического происхождения, частиц сажи от крупных пожаров и др. [51]. Пылевые частицы могут образовываться также и в результате конденсации паров воды [46, 51, 52].

Исследование нижней части ионосферы Земли (в диапазоне высот от 80 до 120 км) представляет большой интерес, т.к. это наименее изученная область атмосферы. Трудности исследований на этих высотах связаны с тем, что они недостижимы для стратостатов. В то же время плотность воздуха на этих высотах всё ещё высока и препятствует движению искусственных спутников Земли. Поэтому способы изучения и диагностики этой области высот весьма ограничены. Непосредственные эксперименты на данных высотах реализуются лишь с помощью пролётных ракет.

Наличие заряженных пылевых частиц в нижней ионосфере кардинальным образом влияет на её ионизационные свойства [46], а также на волновые процессы, протекающие в запылённой ионосферной плазме. Одним из важнейших проявлений свойств запылённой ионосферной плазмы является возможность существования низкочастотных пылевых звуковых возмущений, существование которых связано с дижением заряженных мелкодисперсных пылевых частиц [53].

В 1999, 2000, 2001, 2003 годах проводились эксперименты [52] по наблюдению радиоизлучения ионосферы у поверхности Земли. Оказалось, что во время выпадения высокоскоростных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Ориониды, Геминиды на фоне флуктуаций радиошумов наблюдаются устойчивые «пылевые» линии с частотами порядка нескольких десятков Гц. Такие частоты типичны для пылевой звуковой моды в условиях запылённой ионосферной плазмы в области высот 80-120 км. Таким образом, появление флуктуаций радиошумов можно связать с наличием пылевых частиц, образованных пересыщенными парами веществ, попадающих в ионосферу в результате абляции метеорного вещества. В связи с этим актуальной является проблема построения теории пылевых звуковых возмущений в запылённой ионосферной плазме, определение механизмов (в том числе и нелинейных) их возбуждения, а также выявление эффектов, связанных с их существованием.

Диапазон частот пылевых звуковых волн, существующих в запылённой ионосфере, перекрывается с инфразвуковой областью частот. Инфразвук (от латинского infra - ниже, под) представляет собой упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами, находящимися в области частот, меньших частот, слышимых человеком. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты около 25 Гц. Таким образом, актуальной проблемой является также изучение генерации инфразвуковых колебаний пылевыми звуковыми возмущениями в запылённой ионосферной плазме и исследование возможности наблюдения этих колебаний у поверхности Земли.

Пылевые звуковые возмущения могут также служить источником акустико-гравитационных волн (АГВ), имеющих длины волн, большие или порядка 1 км и частоты, находящиеся в инфразвуковой области. Рассмотрение основных проявлений АГВ, возбуждаемых пылевыми звуковыми возмущениями, во время метеорных потоков, которые могут быть зафиксированы наземными наблюдателями, также представляет несомненный интерес. Исследования волновых свойств запылённой ионосферной плазмы может быть также полезно с точки зрения её диагностики.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка теории, описывающей волновые процессы, связанные с движением мелкодисперсных пылевых частиц, в плазме запыленной ионосферы; рассмотрение возможности нелинейного возбуждения пылевых звуковых возмущений; выявление обусловленных пылевыми звуковыми возмущениями физических эффектов в тропосфере, стратосфере и ионосфере, наблюдение которых может служить подтверждением существования пылевой звуковой моды в природе; определение свойств пылевых звуковых солитонов в ионосферной плазме.

Научная новизна. Впервые развита теория, описывающая волновые процессы, связанные с движением мелкодисперсных частиц, в плазме запыленной ионосферы. Впервые показана возможность возбуждения пылевых звуковых возмущений в плазме запылённой ионосферы в процессе развития модуляционной неустойчивости электромагнитных волн. Определены инкременты, условия развития и пороги этого процесса.

Впервые показано, что возникновение наблюдаемых в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков низкочастотных спектральных линий обусловлено модуляционным возбуждением электромагнитными волнами пылевых звуковых возмущений на высотах 80 - 120 км. Тем самым, предложен физический механизм возникновения указанных линий в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков и впервые продемонстрирована возможность существования пылевой звуковой моды в природе.

Впервые показано, что возбуждение пылевых звуковых возмущений во время интенсивных метеорных потоков может приводить к генерации инфразвуковых колебаний, которые в диапазоне частот от нескольких десятых до нескольких десятков Герц у поверхности Земли могут превалировать над инфразвуковыми колебаниями от других источников.

Впервые установлено, что возбуждение пылевых звуковых возмущений в ионосферной плазме во время интенсивных метеорных потоков может приводить к формированию на высотах 110 - 120 км акустико-гравитационных вихревых структур. В результате, во время интенсивных метеорных потоков оказывается возможным усиление относительной интенсивности зелёного излучения ночного неба.

Впервые показано, что знаки зарядов пылевых частиц в плазме запыленной ионосферы однозначно определяют характер возмущений электронов и ионов в распространяющихся в ней пылевых звуковых солитонах.

Практическая ценность. Результаты диссертации могут быть использованы широким кругом специалистов, занимающихся изучением физических свойств * лабораторной, околоземной и космической пылевой плазмы, исследованием электрофизических и оптических свойств аэрозолей, процессами, происходящими в активных геофизических экспериментах (например, при инжекции в околоземную плазму вещества со спутников или геофизических ракет), проблемами плането- и-звёздообразования, процессами энергопереноса в продуктах сгорания твёрдых топлив. Методы, развитые в диссертации, могут быть полезны: для дальнейшего развития теории волновых процессов в лабораторной, околоземной и ионосферной пылевой плазме; при объяснении результатов низкочастотных радиометрических и акустических исследований у поверхности Земли, постановке новых задач, относящихся к указанным исследованиям, интерпретации данных наблюдений излучения ионосферы; при разработке способов диагностики состава пылевой ионосферной плазмы и свойств пылевых частиц. Результаты данной работы могут также способствовать развитию ряда приложений технологической пылевой плазмы, направленных на разработку методов удаления пылевых частиц в производстве микросхем, создание материалов и покрытий с заданными свойствами путём контролируемого осаждения взвешенных пылевых частиц на подложку и т.д.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на XLV научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2002), на 30 Европейской конференции по управляемому термоядерному синтезу и физике плазмы (Санкт-Петербург, Россия, 2003), XLVI научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2003), на 35ой Научной ассамблее COSPAR (Париж, Франция, 2003), на Международной конференции «Mode Conversion, Coherent Structures and Turbulence» (Москва, Россия, 2004), на XLVII научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2004), на XLVIII научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2005), на 4ой международной конференции по физике пылевой плазмы (Орлеан, Франция, 2005), на XXXIII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, Россия, 2006), на Генеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2006), на III Ежегодном митинге азиатско-океанийского геонаучного сообщества (Сингапур, 2006), на VII Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (Москва, 2006), на XLIX научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2006), на XXXIV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, (Звенигород, Россия, 2007), на Генеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2007), на Молодёжной научной конференции «Физика и прогресс», (Санкт-Петербург, 2007), на 50ой научной конференции Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, Россия, 2007), на Генеральной ассамблее геофизического научного сообщества (Вена, Австрия, 2008), на XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, (Звенигород, Россия, 2008). Также, основные результаты неоднократно докладывались на научных семинарах в Московском физико-техническом институте и Институте динамики геосфер Российской Академии наук.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Она изложена на 119 стр. машинописного текста и иллюстрирована 11 рисунками. Библиография включает 146 наименований литературных источников.

Заключение

1. Показана возможность существования пылевых звуковых волн в плазме запылённой ионосферы. Определены их законы дисперсии. Установлено, что к затуханию пылевых звуковых волн в запыленной ионосфере, в основном, приводят процессы столкновений пылевых частиц с другими компонентами запылённой ионосферной плазмы, главным образом, с нейтральными атомами и молекулами. Показано, что важным процессом, приводящим к возбуждению пылевых звуковых возмущений в плазме запылённой ионосферы, является модуляционная неустойчивость электромагнитных волн, связанная с джоулевым нагревом, пондеромоторной силой, эффектами зарядки и динамики пылевых частиц. Определены инкременты, условия развития и пороги этого процесса.

2. Показано, что возникновение наблюдаемых в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков Персеиды, Леониды, Геминиды, Ориониды низкочастотных спектральных линий с характерными частотами, составляющими несколько десятков Герц, обусловлено модуляционным возбуждением электромагнитными волнами пылевых звуковых возмущений на высотах 80-120 км. Тем самым, предложен физический механизм возникновения указанных линий в спектре радиошумов ионосферы во время интенсивных метеорных потоков и впервые продемонстрирована возможность существования пылевой звуковой моды в природе.

3. Показано, что возбуждение пылевых звуковых возмущений во время интенсивных метеорных потоков приводит к генерации инфразвуковых колебаний, которые в диапазоне частот от нескольких десятых до нескольких десятков Герц у поверхности Земли могут превалировать над инфразвуковыми колебаниями от других источников. Возбуждение пылевых звуковых возмущений в ионосферной плазме во время интенсивных метеорных потоков может приводить также к формированию на высотах 110-120 км акустико-гравитационных вихревых структур. В результате, во время интенсивных метеорных потоков оказывается возможным усиление относительной интенсивности зелёного излучения ночного неба.

4. Показана возможность существования пылевых звуковых солитонов в плазме запылённой ионосферы. Определены их форма и свойства в зависимости от параметров плазмы и знаков зарядов пылевых частиц. Установлено, что знаки зарядов пылевых частиц однозначно определяют характер возмущений («горб» или «ямка» плотности) электронов и ионов в пылевых звуковых солитонах. Указанное свойство солитонов может использоваться при диагностике параметров пылевых частиц в плазме запыленной ионосферы.

В заключение считаю приятным долгом выразить свою благодарность и искреннюю признательность заведующему сектором Института динамики геосфер РАН, профессору Московского физико-технического института, доктору физико-математических наук С.И. Попелю за постоянный стимулирующий интерес к работе, чрезвычайно полезные обсуждения и доброжелательные критические замечания. Хочу выразить свою искреннюю признательность и благодарность кандидату технических наук Ю.С. Рыбнову за предоставленные данные по возможным источникам инфразвуковых колебаний у поверхности Земли и кандидату физико-математических наук А.П. Голубю за полезные обсуждения.

1. Dusty Plasmas: Physics, Chemistry and Technological in Plasma Processing / Edited by A. Bouchoule. - New York: John Wiley and Sons 1.c., 1999.-408 p.

2. Shukla P.K., Mamun A.A., Introduction to Dusty Plasmas Physics. Bristol / Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 2002. - 265 p.

3. Vladimirov S.V., Ostrikov K., Samarian A.A. Physics and Applications of Complex Plasmas. London: Imperial College Press, 2005. - 500 p.

4. Цытович B.H. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака // УФН. 1997. -Т. 167, № 1.-С. 57-99.

5. Цытович В.Н., Винтер Дж. Пыль в установках управляемого термоядерного синтеза И УФН. 1998. - Т. 168, № 8. - С. 899-907.

6. Tsytovich V.N. One-Dimensional Self-Organized Structures in Dusty Plasmas // Australian Journal of Plasmas. 1998. V. 51, No. 5. - P. 763-834.

7. Tsytovich V.N., de Angelis U. Kinetic Theory of Dusty Plasmas. I. General Approach // Physics of Plasmas. 1999. V. 6, No. 4. - P. 1093-1106.

8. Tsytovich V.N., de Angelis U. Kinetic Theory of Dusty Plasmas. II. Dust-Plasma Particle Collision Integrals // Physics of Plasmas. 2000. V. 7, No. 2. - P. 554-563.

9. Tsytovich V.N., de Angelis U. Kinetic Theory of Dusty Plasmas. III. Dust-Dust Collision Intergrals // Physics of Plasmas. 2001. V. 8, No. 4. - P. 1141-1153.

10. Tsytovich V.N., de Angelis U. Kinetic Theory of Dusty Plasmas. IV. Distribution and Fluctuations of Dust Charges // Physics of Plasmas. 2002. V. 9, No. 6. - P. 24972506.

11. Tsytovich V.N., de Angelis U. Kinetic Theory of Dusty Plasmas. V. The Hydrodynamic Equations // Physics of Plasmas. 2004. V. 11, No. 2. - P. 496-506.

12. Tsytovich V.N., de Angelis U., Ivlev A.V. Kinetic Theory of Partially Ionized Complex (Dust) Plasmas // Physics of Plasmas. 2005. V. 12, No. 8. - P. 082103 (9 pages).

13. Цытович B.H., Морфил Г.Е., Томас X. Комплексная плазма: I. Комплексная плазма как необычное состояние вещества // Физика плазмы. — 2002. — Т. 28, № 8. С. 675-707.

14. Морфил Г.Е., Цытович В.Н., Томас X. Комплексная плазма: II. Элементарные лроцессы в комплексной плазме // Физика плазмы. 2003. - Т. 29, № 1. - С. 336.

15. Томас X., Морфил Г.Е., Цытович В.Н. Комплексная плазма: III. Эксперименты по сильной связи и дальним корреляциям // Физика плазмы. 2003. — Т. 29, № 11.-С. 963-1030.

16. Цытович В.Н., Морфил Г.Е., Томас X. Комплексная плазма: IV. Теория комплексной плазмы. Приложения // Физика плазмы. 2004. - Т. 30, № 10. - С. 877-929.

17. Merlino R.L., Goree J.A. Dusty Plasmas in the Laboratory, Industry and Space Physics Today. 2004. No. 7. - P. 32-38.

18. Popel S.I., Morfill G.E. Nonlinear Wave Structures in Complex Plasmas: Theory and Experiments // Ukrainian Journal of Physics. 2005. V. 50, No. 2. - P. 161-170.

19. Vladimirov S.V., Ostrikov K. Dynamic Self-Organization Phenomena in Complex Ionized Gas Systems: New Paradigms and Technological Aspects // Physics Reports. -2004.-V. 393,Nos. 3-6.-P. 175-381.

20. Ostrikov K. Reactive Plasmas as a Versatile Nanofabrication Tool // Reviews of Modern Physics. 2005. - V. 77. No. 4. - P. 489-511.

21. Нефёдов А.П., Петров О.Ф., Фортов B.E. Кристаллические структуры в плазме с сильным взаимодействием макрочастиц // УФН. 1997. - Т. 167, № 11. - С. 1215-1226.

22. Молотков В.И., Нефёдов А.П., Петров О.Ф., Храпак А.Г., Храпак С.А. Пылевая плазма. В книге: Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том / Под ред. В.Е. Фортова. - М.: Наука, 2000. Т. 3. - С. 160-182.

23. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Храпак С.А., Молотков В.И., Петров О.Ф. Пылевая плазма // УФН. 2004. Т. 174, № 5. - С. 495-544.

24. Fortov V.E., Ivlev A.V., Khrapak S.A., Khrapak A.G., Morfill G.E. Complex (Dusty) Plasmas: Current Status, Open Issues, Perspectives // Physics Reports. 2005. - V. 421, Nos. 1-2.-P. 1-104.

25. Игнатов A.M. Физические процессы в пылевой плазме // Физика плазмы. 2005. -Т. 31,№ 1.-С. 52-63.

26. Winter J., Gebauer G. Dust in Magnetic Confinement Fusion Devices and its Impact on Plasma Operation // Journal of Nuclear Materials. 1999. - V. 266-269. - P. 228233.

27. Winter J. Dust: A new challenge in nuclear fusion research? // Physics of Plasmas. -2000. V. 7, No. 10. - P. 3862-3866.

28. Shipple E.C. Potentials of surfaces in space // Rep. Prog. Phys. 1981. - V. 44, No 11. -P. 1197-1250.

29. Robinson P.A., Coakley P. Spacecraft charging progress in the study of dielectrics and plasmas // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 1992. - V. 27, No 5.-P. 944-960.

30. Нефедов А.П., Храпак А.Г., Храпак C.A., Петров О.Ф., Самарян А.А. Аномально высокая кинетическая энергия заряженных макрочастиц в плазме // ЖЭТФ. -1997. Т. 112, № 2 (8). С. 499-506.

31. Зобнин А.В., Нефедов А.П., Синелыциков В.А., Синкевич О.А., Филинов B.C., Фортов В.Е. Упорядоченные структуры пылевых частиц в плазме высокочастотного безэлектродного разряда // Физика плазмы. 2000 - Т. 26- № 5.-С. 445-454.

32. Альвен X., Аррениус Г. Эволюция солнечной системы. 1979. - М.: Мир. - 511 с.

33. Веселовский И.С. Солнечный ветер: аспекты взаимодействия // Итоги науки и техники. Сер.: Исследование космического пространства. — М.: ВИНИТИ, 1986. -Т. 25.-С. 3-97.

34. Вощинников Н.В. Межзвёздная пыль, межзвёздная и межпланетная среда // Итоги науки и техники. Сер.: Исследование космического пространства. М.: ВИНИТИ, 1986. - Т. 25. - С. 98-202.

35. Goertz С.К. Dusty Plasmas in the Solar System // Reviews of Geophysics 1989. - V. 27,No. 2.-P. 271-292.

36. Chu J.H., Lin Direct Observation of Coulomb Crystal and Liquids in Strongly Coupled RF Dusty Plasmas // Physical Review Letters. 1994. - V. 72, No. 25. - P. 4009-4012.

37. Thomas H., Morfill G.E., Demmel V., Goree J., Feuerbacher B, Mohlmann D. Plasma Crystal: Coulomb Crystallization in a Dusty Plasma // Physical Review Letters. -1994. V. 73, No. 5. - P. 652-655.

38. Kriiger H. Jupiter's Dust Disc. An Astrophysical Laboratory. Aachen: Shaker Verlag, 2003.- 141 p.

39. Богатиков O.A. Неорганические наночастицы в природе // Вестник РАН. 2003. Т. 73,№5.-С. 426-428.

40. Northrop T.G. Dusty Plasmas // Physica Scripta. 1992. - V. 45. - P. 475-490.

41. Bliokh P., Sinitsin V., Yaroshenko V. Dusty and Self-Gravitational Plasmas in Space. Dordrecht / Kluwer Academic Publishers, 1995. - 250 p.

42. Хавнес О., de Angelis U., Bingham R., Goertz C.K., Morfill G.E., Tsytovich V.N. The Role of Dust in the Summer Mesopause // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1990. - V. 52. - P. 637-643.

43. Бронштэн В.А. Серебристые облака и их наблюдение. — М: Наука, 1984. 128 с.

44. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. Формирование структур в запылённой ионосфере//ЖЭТФ.-2005.-Т. 127, № 1.-С. 171-185.

45. Hunten D.M., Turco R.P., Toon О.В. Smoke and dust particles of meteoric origin in the mesosphere and thermosphere // Journal of the Atmospheric Science. 1980. -V.37.-P. 1342-1357.

46. Kalashnikova O., Horanyi M., Thomas G.E., Toon O.B. Meteoric Smoke Production in the Atmosphere // Geophysical Research Letters. 2000. - V.27, No. 20. - P. 3293-3296.

47. Клумов Б.А., Попель С.И., Бингхам P. Зарядка пылевых частиц и формирование пылевых структур в верхней атмосфере // Письма в ЖЭТФ. 2000. - Т. 72, № 7. -С. 524-529.

48. Rao N.N., Shukla Р.К., Yu. M.Y., Dust-Acoustic Waves in Dusty Plasmas // Planetary and Space Science. 1990. - V. 35, No. 4. - P. 543-546.

49. Мусатенко С.И., Мусатенко Ю.С., Курочка E.B., Ласточкин А.В., Чолий В.Я., Максименко О.И., Слипченко А.С. Пылевая плазма в среднеширотной ионосфере в периоды метеорных потоков // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. -Т. 46, №2.-С. 182-192.

50. Kopnin S.I., Kosarev I.N., Popel S.I., and Yu M.Y. Localized Structures of Nanosize Charged Dust Grains in Earth's Middle Atmosphere // Planetary and Space Science. -2004.-V. 52.-P. 1187-1194.

51. Копнин С.И., Косарев И.Н., Попель С.И., Ю Минг Пылевые звуковые солитоны в плазме запыленной ионосферы Земли // Физика плазмы. 2005. - Т. 31, № 2. — С. 224-232.

52. Popel S.I., Kopnin S.I., Kosarev I.N. and Yu M.Y. Solitons in Earth's Dusty Mesosphere // Advances in Space Research. 2006. - No. 2. - P. 414-419.

53. Копнин С.И., Попель С.И., Ю Минг Модуляционное возбуждение низкочастотных пылевых звуковых колебаний в нижней ионосфере // Физика плазмы. 2007. - Т. 33, № 4. - С. 323-336.

54. Копнин С.И., Попель С.И. Генерация инфразвуковых колебаний низкочастотными пылевыми звуковыми возмущениями в нижней ионосфере Земли. // Физика плазмы. 2008. - Т. 34, № 6. - С. 517-526.

55. Kopnin S.I., Popel S.I. Dust Acoustic Mode Manifestations in Earth's Dusty Ionosphere // New Vistas in Dusty Plasmas / Edited by L. Boufendi, M. Mikkian, P.K. Shukla. Melville, New York: American Institute of Physics, 2005. - P. 161-164.

56. Копнин С.И., Косарев И.Н., Попель С.И. Пылевые нелинейные структуры в мезосфере Земли В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли / Под. ред.: Ю.И. Зецера. - М.: ИДГ РАН, 2003. - С. 107-115.

57. Копнин С.И., Попель С.И. Нано- и микромасштабные частицы в ионосфере Земли. В сб. Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах / Под ред.: В.В. Адушкина и С.И. Попеля, М.: МФТИ, 2006. - С. 74-81.

58. Копнин С.И., Попель С.И. Проявления пылевой звуковой моды в ионосфере. В сб. Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах / Под ред.: В.В. Адушкина и С.И. Попеля, М.: МФТИ, 2006. - С. 104-115.

59. Kopnin S.I., Kosarev I.N. and Popel S.I. Nonlinear Perturbations in Dusty Mesosphere // 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, St. Petersburg, 7-11 July 2003. European Conference Abstracts. V. 27A, - P. 4.126.

60. Popel S.I., Kopnin S.I., Kosarev I.N. and Yu M.Y. Nonlinear Structures in Earth's Dusty Ionosphere // The International Conference MSS-04, Moscow, 2004. Mode Conversion, Coherent Structures and Turbulence. P. 344-349.

61. Копнин С.И., Попель С.И. Пылевая звуковая мода в ионосфере Земли. Тезисы докладов XXXIII Звенигородской конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород, Россия. - М., 2006 - С. 174.

62. Копнин С.И., Попель С.И. Модуляционная неустойчивость электромагнитной волны в плазме запылённой ионосферы. Тезисы докладов XXXIII Звенигородской конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород, Россия. -М., 2006. - С. 240.

63. Kopnin S.I., Popel S.I. Dust Acoustic Mode in Earth's Ionosphere // General Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 2006. Geophysical Research Abstracts. - V. 8, - P. 00504.

64. Копнин С.И., Попель С.И. Пылевая звуковая мода в геофизических процессах // VII Международный симпозиум по радиационной плазмодинамике, Звенигород, Россия. Сборник научных трудов, М., 2006. - С. 161-162.

65. Копнин С.И., Попель С.И. Возбуждение инфразвуковых колебаний в пылевой плазме ионосферы. Тезисы докладов XXXIV Звенигородской конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород, Россия. - М., 2006. - С. 192.

66. Kopnin S.I., Popel S.I. Excitation of Infrasonic Oscillations During Meteor Fluxes // General Assembly of the European Geosciences Union, Vienna, Austria, 2007. -Geophysical Research Abstracts. V. 9, - P. 00629.

67. Копнин С.И. Наблюдаемые эффекты в запыленной плазме ионосферы, связанные с интенсивными метеорными потоками. — Сборник тезисов. Молодёжная научная конференция «Физика и прогресс», Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург, 2007. С. 18.

68. William J. McNeil. Differential ablation of cosmic dust and implications for the relative abundance of atmospheric metals // Journal of Geophysical Research. 1998. -V. 103,№D9,-P. 10,899-10,911.

69. Ove Havnes, Torsten Aslaksen, Alvin Brattli. Charged Dust in the Earth's Middle Atmosphere // Physica Scripta. -2001. V. T89. - P. 133-137.

70. Hazards Due to Comets and Asteroids / Edited by T. Gherles. Arizona: Space Science Series, 1995. - 1300 p.

71. Love S., Brownlee D. A direct measurement of the terrestrial dust accretion rate of cosmic dust // Science. 1993. - V. 262, № 5130. - P. 550-553.

72. W.J. Baggaley and Т.Н. Webb. The thermalization of meteoric ionization // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1977. - V. 39. - P. 1399-1403.

73. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 686 с.

74. Попова О.П. // Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах. В сб. Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах / Под ред.: В.В. Адушкина и С.И. Попеля, М.: МФТИ, 2006. С. 95-103.

75. Brownlee D.E. Cosmic dust Collection and research // In: Annual review of earth and planetary sciences. - 1985. - V.13. Palo Alto, CA, Annual Reviews, Inc. - P. ,147-173.

76. Ceplecha Z., Borovicka J., Elford W.G., ReVelle D.O., Hawkes R.L., Porubckan V., Simek M. Meteor phenomena and bodies // Space Science Reviews. 1998. - V.84. — P.327-471.

77. Kelley M.C., Alcala C., Cho J.Y.N. Detection of a meteor contrail and meteoric dust in the Earth's upper mesosphere // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial. — 1998.-V.60.-P. 359-369.

78. Plane J.M. A time-resolved model of the mesospheric Na layer: constraints on the meteor input function // Atmospheric Chemistry and Physics. 2004. - V.4. - P. 627638.

79. Turco R.P., Toon O.B., Whitten R.C., Keesee R.G., Hollenbach D. Noctilucent clouds: simulation studies of their genesis, properties and global influences // Planetary and Space Science. 1982. - V.30. - P. 1147-1181.

80. Gelinas L.J., Lynch K.A., Kelley M.C., Collins R.L., Widholm M., MacDonald E., Ulwick J., Mace P. Mesospheric charged dust layer: implications for neutral chemistry // Journal of Geophysical Research. 2005. - V. 110. - P. AO 1310.

81. Borovicka J., Kalenda P. The Moravka meteorite fall: 4. Meteoroid dynamics and fragmentation in the atmosphere // Meteoritics and Planetary Science. 2003. - V. 38. -P. 1023-1043.

82. Klekociuk A.R., Brown P.G., Pack D.W., ReVelle D.O., Edwards W.N., Spalding R.E., Tagliaferri E., Yoo B.B., Zagari J. Meteoritic dust from the atmospheric disintegration of a large meteoroid //Nature. -2005. V.436. - P.l 132-1135.

83. Popel. S.I., Gisko A.A. Charged Dust and Shock Phenomena in the Solar System // Nonlinear Processes in Geophysics. 2006. - V. 13. - P. 223-229.

84. Ichimaru S. Strongly Coupled Plasmas: High-Density Classical Plasmas and Degenerate Electron Liquids // Review of Modern Physics. 1982. - V. 54, No. 4. -P. 1017-1059.

85. Izeki H. Coulumb Solid of Small Particles in Plasmas // Physics of Fluids. 1986. -V. 29,No. 6.-P. 1764-1766.

86. Ogata S. Ichimaru S. Critical Examinatuion of N Dependence in the Monte Carlo Calculations for a Classical One-Component Plasma // Physical Review A. 1987. -V. 36,No. 11.-P. 5451-5454.

87. Hamaguchi S., Farouki R.T., Dubin D.I-I.E. Triple Point of Yukawa Systems // Physical Review E. 1997. - 56, No. 4. - P. 4671-4682.

88. Фортов B.E., Нефедов А.П., Торчинский B.M., Молотков В.И., Храпак А.Г.,I

89. Петров О.Ф., Волыхин К.Ф. Кристаллизация пылевой плазмы в положительном столбе тлеющего разряда // Письма в ЖЭТФ. 1996. - Т. 64, № 2. С. 86-91.

90. Zucic М., Ivev A.V., Goree J., Morfill G.E., Thomas H.M., Rothermel H., Konopka U., Sutterlin R., Goldbeck D.D. Tree-Dimensional Strongly Coupled Plasma Crystal under Gravity Conditions // Physical Review Letters. 2000. - V. 85, No. 19. -P.4064-4067.

91. Vaulina O.S., Nefedov A.P., Fortov V.E., Petrov O.F., Diffusion in Microgravity of Macroparticles in Dusty Plasma Induced Solar Radiation // Physical Review Letters. -2002. V. 88, No. 3. - P. 035001.

92. Samsonov D., Goree J., Thomas H.M., Morfill G.E., Mach Cone Shocks in a Two-Dimensional Yukawa Solid Using a Complex Plasma // Physical Review E. 2000. -V. 61,No. 5.-P. 5557-5572.

93. Rao N.N., Shukla P.K., Yu. M.Y., Dust-Acoustic Waves in Dusty Plasmas // Planetary and Space Science. 1990. - V. 35, No. 4. - P. 543-546.

94. Chu J.H., Du J.-B., I Lin. Coulomb Solid and Low-Frequency Fluctuation in RF Dusty Plasmas // Journal of Physics D: Applied Physics 1994. - V. 27, No. 2. - P. 296-300.

95. D'Angelo N. Coulomb Solid and Low-Frequency Fluctuation in RF Dusty Plasmas // Journal of Physics D: Applied Physics 1995. - V. 28, No. 5. - P. 1009-1010.

96. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука, 1988. - 304 с.

97. Кадомцев Б.Б. Турбулентность плазмы. В сб.: Вопросы теории плазмы / Под ред. М.А. Леонтовича. - М.: Атомиздат, 1964. - Вып. 4. - С. 188-339.

98. Цытович В.Н. Нелинейные эффекты в плазме. -М.: Наука, 1967. -288с.

99. Цытович В.Н. Теория турбулентной плазмы. М.: Атомиздат, 1971.-424 с.

100. Галлеев А.А., Сагдеев Р.З. Нелинейная теория плазмы. — В сб.: Вопросы теории плазмы / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Атомиздат, 1973. - Вып. 7. - С. 3-145.

101. Ситенко А.Г. Флуктуации и нелинейное взаимодействие волн в плазме. Киев: Наукова думка, 1977. - 248 с.

102. Кромес Д.А. Перенормировки в физике плазмы. В кн.: Основы физики плазмы / Под ред. А.А. Галеева, Р. Судана. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - Т. 2. - С. 174— 266.

103. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса. М.: Наука, 1988. - 368 с.

104. Tsytovich V.N. Lectures on non-linear plasma kinetics. Berlin: Springer-Verlag, 1995.-376 p.

105. Vladimirov S.V., Tsytovich V.N., Popel S.I., Khakimov F.Kh. Modulational interactions in plasmas. Dordecht / Boston / London: Kluwer Academic Publishers, 1995.-544 p.

106. Popel S.I., Yu M.Y., Modulational Interaction of Short-Wavelenght Ion Acoustic Oscillations in Impurity-Containing Plasmas // Physical Review E. 1994. - V. 50, No. 4. - P. 3060-3067.

107. P.K. Shukla, S.V. Vladimirov. Stimulated scattering of electromagnetic waves in collisional dusty plasmas. // Physics of Plasmas. 1995. V. 2, No. 8. - P. 3179-3183.

108. Popel S.I., Tsytovich V.N., Yu M.Y. Shock Structures in Plasmas Containing Variable-Charge Macro Particles // Astrophysics and Space Science. 1998. - V. 256, Nos. 1-2.-P. 107-123.

109. Брюнелли Б.Е. Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. — М.: Наука, 1988. 527 с.

110. Lie-Svendsen О., Blix Т.А., Норре U. and Thrane Е. Modeling the plasma response to small-scale particle perturbations in the mesopause region // Journal of Geophysical Research. 2003. - V. 108, No. D8. - P. 8442 (9 pages).

111. Щепкин JI.A., Кушнаренко Г.П. // Солнечно-Земная физика. Вып. 3. 2003. С. 43.

112. Buonsanto M.J., Foster J.C., Sipler D.P. // J. Goephys. Res. 1992. V. 97. P. 1225.

113. Мусатенко С.И., Мусатенко Ю.С., Курочка E.B. и др. // Геомагнетизм и аэрономия.-2001.-Т. 41.-С. 812.

114. Брагинский С.И. Явления переноса в плазме. В сб.: Вопросы теории плазмы / Под ред. М.А. Леонтовича. - М: Госатомиздат, 1963. - Вып. 1. - С. 183-272.

115. Stolarski R.S., Johnson N.P. Photoionization and Photoabsorption Cross Sections for Ionospheric Calculations // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics 1972 V. 34.-P. 1691-1701.

116. Кринберг И.А. Кинетика электронов в ионосфере и плазмосфере Земли. М.: Наука, 1978.-214 с.

117. Johnson, C.Y. Ionospheric composition and density from 90 to 1200 km at solar minimum // Journal of Geophysical Research. 1966. V. 71, No. I. - P. 330-332.

118. Храпак А.Г., Якубов И.Т. Электроны в плотных газах и плазме. -М.: Наука, 1981.-282 с.

119. Popel S.I., Gisko A.A., Golub' А.Р., Losseva T.V., Bingham R., Shukla P.K., Shock Waves in Charge-Varying Dusty Plasmas and the Effect of Electromagnetic Radiation // Physics of Plasmas. 2000. - V. 7, No. 6. - P. 2410-2416.

120. Ivlev A.V., Morfill G. Dust Acoustic Solitons with Variable Particle Charge: Role of the ion distribution // Physical Review E. 2001. - V. 63, No. 2. - P. 0264412 (5 pages).

121. Kjus, S., Pecseli H., Lybekk В., Holtet J., Trulsen J., Liihr H., and Eriksson A. Statistics of the lower hybrid wave cavities detected by the FREJA satellite // Journal of Geophysical Research. 1998. V. 103, No. A11. - P. 26633-26647.

122. Попель С.И. Пороговая плотность энергии нижнегибридных полей в эксперименте "Фрея". // Физика плазмы. 2001. - Т.27, № 5. - С.475-477.

123. Reid G. Ion Chemistry of the Cold Summer Mesopause Region // Journal of Geophysical Research. 1989. -V. 94, № D12, - P. 14653 - 14660.

124. Сагдеев Р.З. Коллективные процессы и ударные волны в разреженной плазме. — В сб.: Вопросы теории плазмы / Под ред. М.А. Леонтовича. М: Госатомиздат, 1964.-Вып. 4.-С. 20-80.

125. Попель С.И. Модуляционная неустойчивость широких спектров нижнегибридных волн // Физика плазмы. 1998. - Т. 24, № 12. - С. 1093-1108.

126. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. 1986. - М.: Наука. - с. 733.

127. Госсард Э., Хук У. Волны атмосферы. 1978. - М.: Мир. - с. 532.

128. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред (в приложении к теории волн). М.: Наука, 1982. - с. 335.

129. Абурджаниа Г.Д. Самоорганизация нелинейных вихревых структур и вихревой турбулентности в диспергирующих средах. 2006. - М.: КомКнига. - с. 328

130. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. М.: Издательство стандартов, 1981.

131. Торошелидзе Т.И., Анализ проблем аэрономии по верхней атмосфере. 1991. -Тбилиси: Мецниеребна. - с. 217.

132. Абурджаниа Г.Д. Самоорганизация акустико-гравитационных вихрей в ионосфере перед землетрясением // Физика плазмы. 1990. - Т. 22, № 10. - С. 954-959.

133. Торошелидзе Т.И., Фишкова Л.И. Анализ колебаний ночного излучения средней и верхней атмосферы, предшествующих землетрясениям // Доклады Академии наук СССР. 1988. - Т. 302, № 2. - С. 313-316.

134. Фишкова Л.И., Ночное излучение среднеширотной верхней атмосферы Земли. -1983.- Тбилиси: Мецниеребна. с. 271.146. .Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. 1987. - Л.: Гидрометеоиздат. - с. 407.о