О диффузии вращающихся неоднородностей в ионосферной плазме

Рассмотрена задача о генерации мелкомасштабных квазистатических электрических полей, котоpые могут пpивести к установлению двуполярного режима релаксации неоднородностей, наблюдавшегося в экспериментах по исследованию свойств искусственной турбулентности, возбуждаемой в верхней ионосфере мощным КВ радиоизлучением [1-8], который является более медленным, чем pежим униполяpной диффузии квазинейтpальных флуктуаций концентрации в одноpодной сильно замагниченной плазме [9-11]. В работе показано, что необходимыми условиями существования данного режима диффузии являются нарушение симметрии исходного возмущения плотности плазмы относительно направления поля B0 и его дифференциальное вращение с дрейфовой частотой в плоскости, ортогональной B0. В предположении, что исходное возмущение плазмы имеет вид плоской волны, направление волнового вектора k которой составляет с нормалью к B0 угол θ = k|| / kperp « 1, получено выражение для дрейфовой частоты и в линейном приближении исследованы соотношения между флуктуационными электрическим, магнитным полями и скоростью дрейфа возмущений плазмы. Обсуждаются свойства нелинейного решения, которое, в частности, может описывать генерацию мелкомасштабных неоднородностей плазмы, имеющих в плоскости, ортогональной B0, спиральную структуру. Пpедложена интеpпpетация эффекта частотного уширения доплеровских спектров сигналов ракурсного КВ и УКВ рассеяния, наблюдавшегося при ракурсном рассеянии КВ и УКВ радиоволн от искусственных ионосферных неоднородностей [4-7].

We consider the problem on generation of small-scale quasistatic electric fields which may lead to a bipolar mode of inhomogeneities relaxation. This mode was observed in the experiments with an artificial turbulence excited in the upper ionosphere by powerful SW radiation [1-8]. The mode is slower than the diffusion unipolar mode of quasineutral fluctuations of density in a uniform strongly magnetized plasma [9-11]. It is shown that the necessary conditions of the existence of the given diffusion mode are the violation of symmetry of an initial plasma density disturbance relative to the field B direction and its differential rotation with the drift frequency in the plane orthogonal to B0. Asuming that the initial plasma density disturbance is a plane wave which wave vector k makes angle θ =k|| /kperp « 1 with normal B0 we derive a expression for the drift frequency and in the linear approximation we study relations between fluctuation electric and magnetic fields and the drift velocity of plasma disturbancies. We discuss the properties of the nonlinear solution which, in particular, can describe the generation of small-scale plasma inhomogeneities having a spiral structure in the plane orthogonal to B0. We propose an interpretation of the effect of Doppler spectrum broadening of SW and USW field-aligned scattering signals observed in the experiments with artificial ionospheric inhomogeneities [4-7].