Первый опыт оценки ионного состава над ионосферой по данным о частотной структуре излучения ИАР

Ионосферный альвеновский резонатор (ИАР) располагается между нижней ионосферой и областью перехода от ионосферы к плазмосфере. Стенками его служат резкие градиенты концентрации плазмы ниже слоя F2 внизу и на высоте 0.5–1.5 земных радиусов вверху. Резонатор удерживает альвеновские волны в диапазоне от долей герца до примерно 10 Гц. Динамический спектр его излучения имеет вид набора наклонных полос, частота которых меняется в соответствии с изменением ионосферных параметров, в первую очередь, концентрации плазмы в слое F2 ионосферы.
В данной работе на примере анализа спектрограмм эмиссий ИАР, построенных по наблюдениям в средних широтах (Монды, Восточная Сибирь) и в авроральной зоне (Соданкюля, Финляндия), показаны возможности получения информации об ионном составе на высотах от 2000 до 6000 км. Анализ выполнялся на основе сопоставления измеренных на спектрограммах разностей частот соседних гармоник излучения ∆f с характеристиками резонатора, вычисленными на основе модели IRI-2012, экстраполированной до высоты 10000 км. Путем подбора коэффициентов в формулах экстраполяции высотных профилей ионов для достижения минимальной невязки между измеренной ∆f и ее оценкой, вычисленной на основе модели, находились профили ионного состава в области выше предельной высоты модели IRI-2012, т.е, выше 2000 км.
В результате получены графики высотных профилей содержания и абсолютной концентрации трех типов ионов: кислорода, водорода и гелия; прослежены изменения вычисленных профилей при переходе от дневного времени к ночному. Сравнение результатов, полученных для средних и высоких широт, показало их значительное различие. Так, если над обс. Монды относительное содержание ионов кислорода близко к нулю во всем исследуемом диапазоне высот, то на высоких широтах в ранние вечерние часы оно спадает от более 70% на высоте 2000 км до 20% на высоте 4000 км, и при этом медленно убывает с приближением к ночи.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-37-00027) и поддержано Институтом солнечно-земной физики СО РАН.