Ученые создали новую модель, которая описывает создаваемые грозами токи в ионосфере – верхнем слое атмосферы, богатом ионами. Эта модель станет незаменимым элементом при описании токов глобальной электрической цепи, а также будет полезна при моделировании распространения радиоволн и других ионосферных явлений. Работа будет опубликована в январском номере журнала Surveys in Geophysics, сейчас она доступна на сайте журнала.

Ионосфера привлекает внимание ученых не только красотой своих северных сияний, но и интересными эффектами, которые могут служить практическим целям. В прошлом веке значительная часть радиосвязи осуществлялась на коротких волнах, которые не могут напрямую пересечь земной шар, поэтому, чтобы передать сообщение, например, из Москвы в Новую Зеландию, они идут в обход Земли. В большинстве случаев, однако, электромагнитные волны распространяются по прямой и самостоятельно поворачивать не могут. В этом их коротким разновидностям и помогает ионосфера.

Радиоволны отражаются от ионосферы и попадают обратно на Землю так же, как луч солнца отражается от зеркала. Место, куда они попадают после отражения, определяется углом, под которым волны падают на ионосферу. Таким образом можно передавать сообщения на достаточно далекие расстояния. Для выбора частоты волны существенно знать состояние ионосферы, поэтому ее изучению уделялось большое внимание. В настоящее время не менее важно знать происходящую в ионосфере задержку радиоволн, используемых глобальными навигационными системами, например ГЛОНАССом. Если считать, что ионосферы нет и волна идет в пустоте, возникает ошибка определения положения объекта до сотни метров.

Одна из причин образования такого электрического поля - атмосферные токи. Ионосфера и земля постоянно обмениваются заряженными частицами, то есть между ними непрерывно течет электрический ток, который ученые называют глобальным, поскольку он распределен по всей Земле. Его источником являются грозы, а течет он по замкнутой "цепи", часть которой лежит в ионосфере.

Несмотря на то, что было сделано много попыток подробно описать глобальную электрическую цепь, ее ионосферная часть до сих пор не была изучена или измерена. Ученые Института вычислительного моделирования (ИВМ) СО РАН и Сибирского федерального университета создали модель, которая описывает такие токи. В отличие от своих предшественников, авторы работы использовали сложное описание распределения проводимости ионосферы, что помогло им получить намного более точные результаты.

Благодаря этой модели физикам удалось численно определить напряженность ионосферных электрических полей, порождаемых грозами. Оказалось, что они очень малы и в настоящее время не могут быть измерены на фоне гораздо больших полей, создаваемых другими генераторами, расположенными в магнитосфере, простирающейся на десятки радиусов Земли выше ионосферы, и в самой ионосфере. Кроме того, в своей модели ученые учли рельеф Земли и разницу между проводимостью воздуха над морем и сушей, что помогло им улучшить описание токов, текущих от ионосферы к Земле.

"Мы добились цели, которую поставили перед собой: создать математическую модель ионосферных электрических полей, которые обеспечивают замыкание токов, текущих в результате глобальной грозовой активности из атмосферы в ионосферу, - комментирует один из авторов статьи, сотрудник ИВМ СО РАН и СФУ Валерий Денисенко. - Мы определили, что такие электрические поля сильно зависят от солнечной активности и времени. Наша модель необходима для корректного описания стационарных электрических процессов в атмосфере".

Похожие новости

  • 02/08/2017

    Разработка выпускников СФУ повысит качество хранения нефти

    Выпускники магистратуры "Специальное инженерное образование" Сибирского федерального университета Антон Мельников и Анастасия Селина предложили модель мобильной установки для очистки нефтяных резервуаров от донных отложений с использованием исключительно отечественных комплектующих.
    493
  • 22/10/2018

    Красноярские математики помогут решить проблему городских пробок

    ​Сайт СФУ продолжает публиковать блоги учёных университета. На этот раз доктор физико-математических наук, профессор базовой кафедры ИМиФИ, ведущий научный сотрудник Института вычислительного моделирования ФИЦ КНЦ СО РАН Михаил Садовский рассказывает, как с помощью математики выяснить причины возникновения пробок в Красноярске.
    270
  • 21/11/2018

    Сибирские физики улучшили буровые растворы для промывки нефтескважин

    Сотрудники Сибирского федерального университета вместе с российскими коллегами изучили, как добавление разных наночастиц влияет на свойства буровых растворов, которые используются в нефтегазовой промышленности для промывки скважин.
    158
  • 10/09/2018

    Модель дорожной сети города уменьшит количество пробок

    ​Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН и Сибирского федерального университета описали дороги краевой столицы с помощью модели графа. Расчеты показали, что в городе есть улицы, перекрытие которых разбивает транспортную сеть на несколько практически несвязанных участков.
    351
  • 17/06/2017

    Сорбент для ликвидации нефтяного загрязнения почвы разработали в Красноярске

    ​Биосорбент для ликвидации нефтяного загрязнения почвы и восстановления растительного покрова разработали ученые из Сибирского государственного университета имени Решетнева (СибГУ). Его использование особо актуально для северных территорий.
    945
  • 18/01/2019

    России есть что показать в сфере передовых технологий

    Представленный под занавес ушедшего года Центром макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования ежеквартальный аналитический обзор «Мониторинг и анализ технологического развития России и мира» дает панорамную итоговую за 2018 г.
    183
  • 08/08/2018

    Красноярские ученые оптимизировали поиск нефтегазовых залежей

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) предложили новый метод, позволяющий улучшить эффективность поиска и разведки залежей углеводородов (нефть, газ), сообщила пресс-служба вуза. По словам экспертов, поиск и разведка углеводородов сегодня сталкиваются с целым рядом проблем, например, с неоднородностью верхней части скважины или малой мощностью залежей.
    242
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    2153
  • 19/06/2018

    НГУ запускает новую магистерскую программу по нефтяному инжинирингу

    ​С нового учебного года Новосибирский госуниверситет начинает набор слушателей на магистерскую программу «Нефтяной инжиниринг и математическое моделирование». Запуск новой магистерской программы обусловлен запросом рынка труда на специалистов в области математического моделирования технологических процессов добычи углеводородов.
    364
  • 01/02/2017

    Ученые Красноярска изобрели прибор, значительно повышающий эффективность поиска нефти

    ​Ученые из Красноярска изобрели прибор, который позволит значительно увеличить эффективность бурения скважин. Об этом сообщает портал Агентства нефтегазовой информации со ссылкой на представителя СФУ Даниила Кудинова.
    927