Gas Discharge in the Ionosphere of the Negatively Charged Earth

Abstract

Аннотация. Предложена математическая модель учёта бесконтактного нагрева электронов дальнодействующим электрическим полем в области заряженных структур, в частности в верхних слоях атмосферы отрицательно заряженной Земли. По соотношению Эйнштейна-Смолуховского (вернее Нернста-Таунсенда) впервые на базе экспериментальных значений плотности числа частиц воздуха-N аналитически рассчитан возможный профиль температуры-T e электронов в мезосфере и ионосфере, в зависимости от заряда Земли и расстояния до её поверхности. Установлено, что на высотах порядка 36 км над поверхностью отрицательно заряженной до 500 000 Кл Земли параметр E/N достигает пробойных значений (100 Тд), и, следовательно, на этих высотах загорается самостоятельный разряд. На этих высотах может развиваться компенсационный слой положительного объёмного заряда (стоячая ударная волна электрического поля). Там же в процессах рождения плазмы важны процессы прямой ионизации частиц воздуха электронами в электрическом поле отрицательно заряженной Земли. Расчёты параметров электронов в атмосфере и ионосфере сравниваются с имеющимися экспериментальными наблюдениями. На базе математической модели впервые аналитически получен для мезосферы и ионосферы отрицательно заряженной Земли профиль (от высоты над уровнем моря) концентрации электронов n e. Сравнение этих результатов с экспериментальными наблюдениями показывает, что переходные профили концентрации электронов в мезосфере и ионосфере Земли определяются процессами амбиполярного дрейфа, обусловленного различными зависимостями дрейфовых скоростей электронов и ионов от напряжённости электрического поля. Полученные результаты представляют практический интерес для разработчиков таких систем как ГЛОНАСС и GPS. Ключевые слова: нарушение нейтральности, ионосфера Земли, заряд Земли, амбиполярный дрейф плазмы, амбиполярные диффузии.