電離層ヒーター、または電離層HFポンプ施設は、プラズマの乱流、電離層、および上層大気の研究に使用されるアンテナアレイを備えた強力な電波送信機です。 [1]
目的と手法
これらの送信機は、電波が電離層から地上に反射する高周波（HF）帯域（3～30MHz）で動作します。このような設備を用いることで、電離層が自然に静穏で、例えばオーロラなどによる擾乱を受けていない状況において、地上から様々なプラズマ乱流現象を半制御的に励起することができます。この刺激応答型の研究は、自然に励起される現象の受動観測を補完し、電離層と上層大気について理解を深めることを目的としています。
研究対象となるプラズマ乱流現象には、プラズマ中のさまざまな波が結合して送信電波と相互作用するさまざまな種類の非線形波動相互作用、フィラメント状のプラズマ構造の形成と自己組織化、電子の加速などがあります。乱流は、たとえば非干渉性散乱レーダーを使用して、乱流からの微弱な電磁放射と発光を検出することで診断されます。発光は、プラズマ乱流で加速された電子によって大気中の原子と分子が励起されることによって生じます。このプロセスはオーロラの場合と同じであるため、HF波によって励起された発光は人工オーロラと呼ばれることがありますが、これらの発光を検出するには高感度のカメラが必要であり、実際のオーロラではそうではありません。
電離層の HF ポンプ施設は、プラズマの乱流研究を可能にするために十分に強力である必要がありますが、電離層を伝播するすべての電波は、電子を加熱して電離層に影響を与えます。電波が電離層にこのように影響を与えることは、1930 年代にはすでにルクセンブルグ効果によって発見されていました。研究施設には強力な送信機が必要ですが、最も強力な施設 (HAARP) の電離層の電力フラックスは 0.03 W/m 2未満です。[2]これにより、電離層のエネルギー密度は、電離層プラズマ自体の熱エネルギー密度の 1/100 未満になります。[1]この電力フラックスは、地球表面での太陽放射量である約 1.5 kW/m 2と比較することもできます。オーロラ発生中は、電波電力が自然に加熱された電離層によって強く吸収されるため、通常、HF ポンプ施設では電離層への影響は観測されません。
現在のHFポンプ設備
- EISCAT-Heatingは、欧州非干渉性散乱科学協会（EISCAT）がノルウェーのトロムソ近郊のラムフィヨルドモンで運営しており、1.2MWまたは1GWを超える実効放射電力（ERP）を送信できます[3] [4]。
- ロシアのニジニ・ノヴゴロド近郊のヴァシルスルスクにあるSura 電離層加熱施設。750 kW または 190 MW の ERP を送信できます。
- アラスカ州ガコナ北部の高周波活性オーロラ研究プログラム(HAARP)。3.6 MW または 4 GW の ERP を送信できます。
閉鎖型HFポンプ施設
- アレシボ天文台（プエルトリコ）にも電離層改変のための高周波施設がありました。アレシボ天文台は2020年に廃止されました。
- 高出力オーロラ刺激観測所（HIPAS）は、米国アラスカ州フェアバンクスの北東に位置し、1.2MWまたは70MWのERPを送信できる。2007年に閉鎖。
- イスロテ電離層ヒーター(プエルトリコ) は 1998 年まで稼働しており、イスロテにあります。
- 米国コロラド州のプラットビル大気観測所（1984 年に電離層ヒーターの研究は中止されましたが、現在も大気観測所として機能しています）。
- SPEAR（アクティブレーダーによる宇宙プラズマ探査）[5]は、ノルウェーのスヴァールバル諸島ロングイェールビーンのEISCAT施設に隣接してUNIS（スヴァールバル諸島大学センター）が運営する施設で、192kWまたは28MWのERPを送信することができます。
参考文献
- ^ ab ジオスペースにおけるアクティブ環境研究のための強力な電磁波、TB Leyser および AY Wong (Reviews of Geophysics、Vol. 47、RG1001、2009)。
- ^ 「HAARPファクトシート」。2009年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年10月7日閲覧。
- ^ “BasicInfo”. e7.eiscat.se . 2010年8月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ "abstract/s19.txt". www.kurasc.kyoto-u.ac.jp . 2011年11月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「SPEAR（アクティブレーダーによる宇宙プラズマ探査）」spear.unis.no . 2013年5月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
