On the possibility of experiments on the excitation of artificial ultra-low and extra-low frequency emissions in the ionosphere by the FENICS installation on the Kola peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A numerical model has been developed to calculate the electromagnetic response in the ionosphere from grounded ultra-low-frequency transmitters of finite length L. Such megatransmitters are the ZEVS installation with a carrier frequency of 82 Hz and the FENICS installation, which can generate artificial emissions at frequencies from fractions of a Hz to a few hundreds of Hz. The amplitude of radiation excited in the upper ionosphere by a grounded horizontal current suspended above a high-resistance earth’s surface has been calculated. The altitude profile of the plasma parameters was reconstructed using the IRI ionospheric model. For the ZEVS transmitter (L = 60 km) powered by a current of 200 A, the simulated amplitudes of the electromagnetic response in the nighttime ionosphere can reach ~60 μV/m, which was confirmed by observations on the DEMETER satellite. According to calculations, the FENICS facility (L = 100 km), powered by a current of 100 A, can generate radiation in the nighttime upper ionosphere with a frequency of 10—100 Hz and an amplitude of up to ~60—70 μV/m. The FENICS facility can be used to excite artificial Pc1 pulsations that could be detected on low-Earth-orbit satellites (e.g., CSES). To create pulsations in the nighttime ionosphere at a frequency of 0.5 Hz with the amplitudes of the magnetic component >1 pT and the electric component >10 μV/m, the current in the FENICS antenna is to be >100 A.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. A. Pilipenko

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences; Institute of Space Research of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: space.soliton@gmail.com
Russian Federation, Moscow; Moscow

N. G. Mazur

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: space.soliton@gmail.com
Russian Federation, Moscow

E. N. Fedorov

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: space.soliton@gmail.com
Russian Federation, Moscow

A. N. Shevtsov

Institute of Geology of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: space.soliton@gmail.com
Russian Federation, Apatity

References

  1. Rothkaehl H., Parrot M. // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2005. V. 67. P. 821.
  2. Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Велихов Е.П. и др. // Изв. РАН. Физ. атм. и океана. 2015. T. 51. C. 826; Zhamaletdinov A.A., Shevtsov A.N., Velikhov E.P. et al. // Izv. Atm. Ocean. Phys. 2015. V. 51. P. 826.
  3. Любчич В.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 3. С. 378; Lyubchich V.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2021. V. 85. No. 3. P. 268.
  4. Nemec F., Parrot M., Santolik O. // J. Geophys. Res. 2015. V.120. P. 8954.
  5. Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Климов С.И. // Солн.-земн. физ. 2021. Т. 7. № 3. С. 3; Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Mazur N.G., Klimov S.I. // Solar-Terr. Phys. 2021. V. 7. No. 3. P. 105.
  6. Терещенко Е.Д., Терещенко П.Е. // ЖТФ. 2017. Т. 87. C. 453; Tereshenko E.D., Tereshenko P.E. // J. Tech. Phys. 2017. V. 87. P. 453.
  7. Терещенко Е.Д., Терещенко П.Е., Сидоренко А.Е. и др. // ЖТФ. 2018. Т. 88. № 6. С. 907; Tereshchenko E.D., Tereshchenko P.E., Sidorenko A.E. et al. // J. Tech. Phys. 2018. V. 88. No. 6. P. 907.
  8. Ермакова Е.Н., Рябов А.В., Котик Д.С. // Изв. вузов. Радиофиз. 2021. Т. 64. № 3. С. 163; Ermakova E.N., Ryabov A.V., Kotik D.S. // Radiophys. Quant. Electron. 2021. V. 64. No. 3. P. 163.
  9. Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. // Radio Sci. 2020. V. 55. Art. No. e2019RS006943.
  10. Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A. // J. Geophys. Res. 2021. V. 126. Art. No. e2021JA029659.
  11. Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А. // Изв. вузов. Радиофиз. 2022. Т. 65. № 9. С. 697; Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A. // Radiophys. Quant. Electron. 2023. V. 65. No. 9. P. 697.
  12. Baños A. Dipole radiation in the presence of a conducting half-space. N.Y.: Pergamon, 1966. 263 p.
  13. King R.W.P., Smith G.S., Owens M., Wu T.T. Antennas in matter. Fundamentals, theory and applications. Ch. 11. Cambridge: The MIT Press, 1981.
  14. Собчаков Л.А., Астахова Н.Л., Поляков С.В. // Изв. вузов. Радиофиз. 2003. Т. 46. № 12. С. 1027; Sobchakov L.A., Astakhova N.L., Polyakov S.V. // Radiophys. Quant. Electron. 2003. V. 46. No. 12. P. 1027.
  15. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с; Ginzburg V.L. Propagation of radiowaves in plasm. Pergamon Press, 1970. 615 p.
  16. Pilipenko V.A., Parrot M., Fedorov E.N., Mazur N.G. // J. Geophys. Res. 2019. V. 124. No. 10. P. 8066.
  17. Беляев П.П., Поляков С.В., Ермакова Е.Н. и др. // Изв. вузов. Радиофиз. 2002. Т. 45. № 2. С. 156; Belyaev P.P., Polyakov S.V., Ermakova E.N. et al. // Radiophys. Quant. Electron. 2002. V. 45. No. 2. P. 156.
  18. Грач В.С., Демехов А.Г. // Изв. вузов. Радиофиз. 2017. Т. 60. № 12. С. 1052; Grach V.S., Demekhov A.G. // Radiophys. Quant. Electron. 2017. V. 60. No. 12. P. 1052.
  19. Guo Z., Fang H., Honary F. // Universe. 2021. V. 7. P. 29.
  20. Пилипенко В.А., Полозова Т.Л., Энгебретсон М. // Косм. иссл. 2012. Т. 50. № 5. C. 355; Pilipenko V.A., Polozova T.L., Engebretson М. // Cosmic Res. 2012. V. 50. No. 5. P. 355.
  21. Boerner D.E. // Surv. Geophys. 1992. V. 13. P. 435.
  22. Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V. et al. // J. Geophys. Res. 2006. P. 111.
  23. Поляков С.В. // Изв. вузов. Радиофиз. 2008. Т. 51. № 12. С. 1026; Polyakov S.V. // Radiophys. Quant. Electron. 2008. V. 51. No. 12. P. 1026.
  24. Пилипенко В.А. // В сб. “Триггерные эффекты в геосистемах”. М.: ГЕОС, 2013. C. 318.
  25. Гульельми А.В., Зотов О.В. // Физика Земли. 2012. № 6. С. 23; Guglielmi A.V., Zotov O.V. // Phys. Solid Earth. 2012. No. 6. P. 23.
  26. Diego P., Huang J., Piersanti M. et al. // Instruments. 2021. V. 5. No. 1. P. 1.
  27. Dudkin F., Korepanov V., Dudkin D. et al. // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 5686.
  28. Wu J., Wang Z., Zhang J. et al. // Earth Planets Space. 2023. No. 1. P. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Illustration of the transition from a real source with a current suspended above ground and grounded at the ends to a model source with a buried current. Quasidipole current lines are shown for depths less than δg

Download (174KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spatial structure in the direction across the current source of the amplitude of the electrical component |Ex(y)| of the FENICS system radiation at frequencies from 3 to 50 Hz at an altitude of 500 km. The conductivity of the Earth is σg = 10-5 cm/m. All curves correspond to the emitter scale L = 100 km. Also, the dashed line shows the amplitude of the electric field at 82 Hz excited by the ZEVS transmitter (L = 60 km)

Download (110KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spatial structure of the amplitude amplitude of the electrical components |Ex(y)|, |Ey(y)| of the FENICS system radiation in the direction across the current line at an altitude of 500 km. Earth conductivity σg = 10-5 cm/m, length L = 100 km, frequency - 0.5 Hz

Download (105KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Spatial structure of the amplitude of the magnetic components |Bx(y)|, |By(y)|, |Bz(y)| of the FENICS system radiation in the direction across the current line at an altitude of 500 km. Earth conductivity σg = 10-5 cm/m, length L = 100 km, frequency - 0.5 Hz

Download (119KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».