رد پای امواج الکترومغناطیسی در گرمایش یونسفر

یونسفر به عنوان یک پلاسمای کم یونیده می تواند با یک موج الکترومغناطیسی اندرکنش انجام دهد. این اندرکنش ممکن است که منجر به تبادل انرژی بین موج و ذرات تشکیل دهنده پلاسمای یونسفر مانند الکترون ها شود.

اگر الکترون ها از موج رادیویی انرژی بگیرند، کم کم انرژی جنبشی آنها افزایش یافته و دمای آن بالا می رود. این گرم شدن الکترون ها سبب گرم شدن یونسفر شده و گرمایش آن را در پی خواهد داشت. در این حالت ناپایداری‌هایی در یونسفر ایجاد می شود که تغییر در دما و چگالی یونسفر را ایجاد می کند؛ تغییر در دمای الکترون ها موجب تغییر در رسانندگی پلاسمای یونسفر و ایجاد ناپایداری ها از جمله ناپایداری پارامتریک می شود.

موج الکترومغناطیسی ورودی به یونسفر که به عنوان موج پمپ شناخته می شود( چرا که از سطح زمین به یونسفر فرستاده می شود)، از طریق گرمایش باعث افزایش دمای الکترون در پلاسمای یونسفر می شود که اصطلاحا به این پدیده " گرمایش یونسفر با استفاده از امواج الکترومغناطیسی" می گویند.

گرمایش یونسفر برای اهداف مختلف صورت می گیرد. یکی از این اهداف شناخت یونسفر زمین است؛ در واقع با استفاده از پراکندگی و بازتاب موج پمپ می توان به ساختار یونسفر پی برد.

همچنین یونسفر زمین یک آزمایشگاه پلاسمای طبیعی با طول عمر و همگنی خیلی بالاتر از پلاسمای آزمایشگاهی است و از آنجایی که یونسفر زمین محدود و مرزبندی نشده، نتایج بدست آمده از آن خطای کمتری خواهد داشت. یونسفر یک آزمایشگاه طبیعی برای بررسی اندرکنش های غیر خطی در پلاسما است.

حمید قاطع علیشاهی، دانش آموخته دانشکده فیزیک اتمی و مولکولی دانشگاه تبریز با راهنمایی دکتر محمد علی محمدی و مشاوره دکتر محبوب حسین پور در پایان نامه کارشناسی ارشد خود به موضوع  گرمایش یونسفر زمین با استفاده از امواج الکترومغناطیسی پرداخته است.

او در این پایان نامه عنوان کرده است که ورود موج الکترو مغناطیسی HF به یونسفر زمین موجب ایجاد ناپایداری های زیادی در پلاسمای یونسفر می شود که مهمترین ناپایداری را می توان ناپایداری واپاشی پارامتریک دانست. در این ناپایداری، موج الکترومغناطیسی ورودی به  یونسفر( که موج پمپ نامیده می شود) به دو موج دختر واپاشیده می شود. عمدتا یکی از این امواج دارای فرکانس پایین و دیگری دارای فرکانس بالاست. نتیجه این واپاشی تولید امواج ثانویه است.

او در این پایان نامه نشان داده است که گستره فرکانسی امواج ثانویه فرکانس پایین تولیدی در این ناپایداری، شامل امواج VLFوELF است. از سوی دیگر این امواج (VLF و ELF) توسط مکانیزم دیگری نیز می توانند تولید شوند. این مکانیزم  بدین صورت است که ورود موج پمپ به یونسفر سبب افزایش دمای الکترونی شده و در نتیجه تغییر دمای الکترونی، رسانندگی یونسفر تغییر کرده که آن هم منجر به تغییر چگالی بریان می شود.

چگالی جریان متغیر موجب می شود که یونسفر همانند یک آنتن دو قطبی عمل کرده و امواج VLF و ELF تابش می کند. در این پایان نامه فرکانس این امواج تولیدی به صورت تئوری محاسبه شده و با مقادیر تجربی برای آزمون درستی آن مقایسه شده است.

همچنین الکترون های موجود در یونسفر با برخورد به سایر ذرات دارای فرکانس برخورد هستند. در حالت کلی آنها وابسته به دمای الکترونی هستند اما با استفاده از تقریب هایی این وابستگی را حذف می کنند. او این وابستگی را در نظر گرفته و تاثیر آن به روی گرمایش یونسفر را بررسی کرده و نشان داده است که این وابستگی سبب افزایش گرمایش یونسفر می شود و در زمان کمی در مقایسه با حالت عدم وابستگی فرکانس به دمای الکترونی، پس از ورود موج پمپ به یونسفر به حالت اشباع در یونسفر می رسیم.

در ادامه او نشان داده است که ارتفاع از سطح زمین و توان موج پمپ دو پارامتر مهم در گرمایش یونسفر هستند که با تغییر آنها دمای الکترونی و گرمایش یونسفر تحت تاثیر قرار می گیرد. با افزایش ارتفاع میزان گرمایش کاهش می یابد که برای جبران این کاهش می توان توان موج پمپ را افزایش داد.

تالیف از: بیتا اکبری

No tags for this post.