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

  • 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.
    421
  • 24/01/2019

    Ученые планируют исследовать последствия ледяного цунами на Бурее

    ​Ученые провели первые обследования оползня, перекрывшего русло реки Буреи в Хабаровском крае, новая экспедиция запланирована на начало марта, а полностью изучить последствия можно будет только летом, сообщает в четверг новосибирское отделение Русского географического общества (РГО).
    248
  • 01/06/2018

    Созданное сибирскими учеными ПО поможет оценить безопасность стадионов

    В России продолжается высокий сезон футбола. В прошлом году наша страна принимала Кубок конфедераций, и всего через две недели в России начнется Чемпионат мира — самое престижное футбольное первенство планеты.
    428
  • 28/04/2016

    Разработки сибирских ученых помогут оценить экологическую обстановку в городе

    Для всестороннего анализа загрязнений атмосферы применяются математические модели и алгоритмы, создаваемые в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. Ученые ведут исследования по нескольким направлениям — например,  могут рассчитать, какая территория подвергается влиянию выбросов того или иного объекта.
    1216
  • 30/05/2018

    Подсказки нефтяникам даст суперкомпьютер

    Математику не зря называют царицей наук. Она играет решающую роль в исследованиях, относящихся к самым разным областям. Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша был образован вначале 1950-х для решения важнейших научно-технических и оборонных задач, стоящих перед страной: для расчетов по атомному проекту и баллистики космических аппаратов.
    366
  • 28/01/2017

    Красноярский научный центр СО РАН представил три крупных проекта для создания прорывных технологий

    ​ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН представил три крупных проекта, направленных на создание прорывных технологий: адаптированного к сибирским условиям картофеля, трехуровневой системы дистанционного зондирования Земли и молекулярных врачей-нанороботов.
    1305
  • 19/12/2016

    Красноярские учёные разрабатывают технологию спутникового мониторинга климатических изменений в Арктике

    Ученые Института физики имени Л.В. Киренского в Красноярске разрабатывают технологию спутникового мониторинга климатических изменений в арктической зоне, которая позволит дистанционно фиксировать влажность и температуру почвы, сообщила пресс-служба правительства Красноярского края.
    981
  • 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.
    2370
  • 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.
    366
  • 09/01/2019

    Новая технология сибирских ученых устранит ошибки искусственного интеллекта

    Ученые создали способ взаимного обучения нейросетей, при котором большая система искусственного интеллекта будет делиться опытом со своим меньшим аналогом и в дальнейшем станет следить за его работой, оперативно внося коррективы при возникновении ошибок.
    273