Чтение онлайн

Ускоряющее напряжение периодически изменяется от нуля до своего максимального значения. Благодаря этому оптимальная скорость сообщается поочередно ионам с различными массовыми числами. Когда ионы достигают коллектора, в его цепи возникает импульс тока, который усиливается и передается радиотелеметрической системой на Земле. Одновременно передается и ускоряющее напряжение, имеющееся в данный момент на сетках трубки масс-спектрометра.

Если в ионосфере имеются ионы только одной массы, то приемной станцией регистрируется один импульс ионного тока за каждый цикл изменения ускоряющего напряжения. При более сложном составе ионосферы регистрируются два или более импульса за каждый цикл. Массовое число ионов, соответствующее каждому импульсу, может быть определено путем сравнения записи спектра масс с записью ускоряющего напряжения масс-спектрометра.

Исследование электростатических полей

В результате ряда процессов, происходящих как в межпланетном пространстве, так и в самой атмосфере, Земля вместе со своей атмосферой в целом приобретает некоторый электрический заряд. Электрическое поле, создаваемое этим зарядом, должно воздействовать на скорость и направление заряженных частиц, пролетающих в межпланетном пространстве. Оно может оказывать влияние на ряд геофизических явлений (полярные сияния и т. д.). Данные об электрических полях в верхних слоях атмосферы могут существенно помочь в выяснении причины существования отрицательного заряда Земли и положительного заряда атмосферы, создающих между Землей и ионосферой разность потенциалов в несколько сотен тысяч вольт.

Хотя в ряде теорий, объясняющих происхождение полярных сияний и корпускулярных потоков, и предполагается наличие электростатических полей в верхних слоях атмосферы, непосредственное измерение или косвенное их определение никогда не производились. Дело в том, что хорошо проводящий слой ионосферы препятствует проникновению электростатических полей в нижележащие слои атмосферы, подобно тому, как это сделал бы гигантский металлический экран, помещенный вместо ионосферы.

По этой же причине нельзя измерить с помощью приборов, расположенных ниже ионосферы, электростатические поля, существующие в межпланетном пространстве.

Измерение электростатических полей с помощью спутников осложнено тем, что любое тело, помещенное в верхние слои атмосферы, должно приобрести электрический заряд, поле которого, если его не учесть, складываясь с измеряемым полем, исказит результаты измерений.

Этот заряд появляется за счет неравенства скоростей электронов и положительных ионов, попадающих на поверхность спутника, а также благодаря таким явлениям, как фотоэффект, то есть вырывание электронов с поверхности спутника светом и другими излучениями.

Использование спутников для изучения таких характеристик ионосферы, как концентрация ионов и спектр их масс, требует учета тех нарушений, которые спутник вносит в окружающую среду. Поэтому измерение электрического заряда спутника, вызывающего перераспределение заряженных частиц вблизи него, желательно также для уточнения результатов этих опытов. С другой стороны, сведения об электрическом заряде в сочетании с данными о концентрации ионов могут позволить определить в ряде случаев такую трудно измеряемую характеристику ионосферы, как ее температура.

Использованная на спутнике аппаратура состоит из двух чувствительных электростатических флюксметров с общими цепями управления. Конструктивно она выполнена в виде двух датчиков, размещаемых симметрично на боковой поверхности спутника, и блока с усилителями.

Существенной частью каждого датчика является измерительный электрод — десятисекторная пластина, соединенная с корпусом спутника через сопротивление. Поверхность пластины является как бы частью поверхности спутника. Эта пластина периодически экранируется другой пластиной — экраном, вращаемой электромотором. Так как измерительная пластина является частью поверхности спутника, то, когда, она открыта, на ней находятся доли собственного заряда спутника и заряда, индуцированного внешним электростатическим полем. При экранировании этой пластины заряд с нее стекает.

Во время вращения экрана заряд измерительной пластины периодически стекает по сопротивлению, создавая на нем переменное напряжение, величина которого пропорциональна величине заряда пластины. Это напряжение усиливается, выпрямляется и подается на вход радиотелеметрической системы. Принятая схема измерений позволяет определить величину электростатического поля, а использование двух симметрично расположенных датчиков электростатического флюксметра создает возможность определить не только собственный заряд спутника, но и внешнее электростатическое поле.

Во время работы аппаратуры специальная система контроля позволяет проверять надежность и точность измерений.

Измерения магнитного поля Земли

Действие магнитного поля Земли обнаруживается как при наблюдении помещенных в нем искусственных индикаторов типа магнитных стрелок, вращающихся витков и т. д., так и при наблюдении целого ряда геофизических явлений: отклонения в полярных областях заряженных частиц, испускаемых Солнцем, отклонения космических лучей, поляризации радиоволн.

Распределение магнитного поля по величине и направлению изучено довольно подробно лишь над континентами в непосредственной близости от поверхности Земли. Эти данные широко используются в практике разведки полезных ископаемых, судовождении, аэронавигации и т. д.

Природа земного магнитного поля до сих пор неизвестна. В результате длительных измерений напряженности магнитного поля Земли в специальных обсерваториях установлено, что оно изменяется во времени. Наиболее интенсивные изменения магнитного поля получили название магнитных бурь.

Анализ наблюдений показал, что основная часть магнитного поля Земли и его вековых вариаций вызывается источниками, находящимися внутри Земли. Наоборот, главные источники короткопериодических вариаций магнитного поля Земли и магнитных возмущений находятся вне Земли, в верхних слоях атмосферы.

Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с полем намагниченного шара или сильного магнита, расстояние между полюсами которого весьма мало, причем северный полюс этого магнита расположен в Южном полушарии Земли, южный полюс — в Северном полушарии, а ось составляет угол в 11,5 градуса с осью вращения Земли. Эта простая картина усложняется наложением полей материковых, региональных и локальных аномалий. Примером первых является Восточно-Сибирская магнитная аномалия, занимающая значительную часть континента.

Источники локальных магнитных аномалий, например Курской, лежат в самых верхних слоях земной коры, а сами аномалии быстро убывают с высотой. О локализации источников материковых аномалий имеются противоречивые представления.

Математические методы позволяют рассчитать поле на больших высотах, если известно распределение поля у поверхности. Определенные сведения о структуре магнитного поля Земли на больших высотах дают наблюдения над интенсивностью космических лучей на разных широтах. Наиболее загадочным является то, что картины распределения магнитного поля Земли на больших высотах, по наземным магнитометрическим данными и по наблюдениям космических лучей, не находятся в согласии. Непосредственные измерения напряженности магнитного поля на больших высотах при помощи магнитометра, установленного на спутнике, позволят пролить свет на причину наблюдаемого расхождения.