Ионосфера. Ионизация. Соотношение между концентрацией свободных электронов и отрицательных ионов. Отражение радиоволн от ионосферы, страница 13

Полученные результаты важны не только при рассмотрении свойств плазмы, но и для обсуждения различных гипотез о механизмах резонансного воздействия на атмосферу. Речь идет о гипотезах, согласно которым слабое воздействие, попадая в резонанс с некоторым колебательным атмосферным процессом, сильно активизирует его («раскачивает»), и в дальнейшем огромная накопленная энергия передается другим процессам, непосредственно влияющим на погоду, и приводит к катастрофическим последствиям. Но при наличии потерь такой эффект невозможен, поскольку амплитуда не может нарастать безгранично. При наличии трения осциллятор не может запасать энергию неограниченно долго. А коли так, то и произвести какой-либо значимый эффект при передаче запасенной энергии другому процессу не удастся. В условиях установившихся колебаний возмущающая сила передает осциллятору столько энергии за период, сколько он тратит на преодоление силы трения. Таким образом, при наличии трения резонансный процесс просто перекачивает энергию возбуждения в процесс, с которым он взаимодействует. В нашем примере такое взаимодействие мы моделируем обычным трением.

С другой стороны, если нет потерь, амплитуда колебаний может расти как угодно долго, но без наличия механизма передачи энергии другим процессам (трения) такой рост ни на что не окажет влияния. Полученный результат есть следствие линейности избранной модели; в рамках такого рода моделей иного ожидать не приходится.

Теперь несколько слов о механизме “спускового крючка”. Это чисто нелинейный эффект. Под этим понимается малоэнергетический процесс, развитие которого приводит к серьезным последствиям (например, срабатывание маленького запала вызывает взрыв бомбы).

Представьте, что эффективность трения зависит от амплитуды: при малых амплитудах  коэффициент трения (взаимодействия) мал   q<<1, и передачи энергии практически не происходит, а амплитуда колебаний растет со временем с момента включения периодической возмущающей силы. И только когда амплитуда колебаний достигнет больших значений (и соответственно возрастет энергия запасенная осциллятором), трение резко увеличивается. В начале осциллятор накапливает энергию практически без потерь, пока амплитуда колебаний не достигнет критического значения. По достижении этого значения вступает в действие механизм взаимодействия с другими процессами, вызывающими изменения в поведении атмосферы, и этим процессам эффективно передается большая энергия, уже накопленная осциллятором. В последние годы исследователи активно ищут такие «спусковые крючки», чтобы предотвратить их нечаянное срабатывание и избежать нежелательных последствий. Ясно, что при этом приходится отказываться от представлений о линейности уравнений, описывающих взаимодействие между различными процессами в атмосфере.

        Вернемся, однако,  к плазме.   Отношение напряженности внешнего электрического поля к напряженности поля внутри диэлектрика называется диэлектрической проницаемостью вещества ε. Величина ε в общем случае зависит от частоты поля, но всегда больше 1 для диэлектриков, потому что собственные частоты колебаний связанных зарядов диэлектрика в подавляющем большинстве случаев превышают частоту колебаний внешнего электрического поля. Но бывают случаи, когда эти условия не выполняются и для диэлектриков (тогда говорят об «аномальной» дисперсии).

        Оказывается, что диэлектрическая проницаемость плазмы меньше 1. Чем ниже частота колебаний поля, тем больше размах колебаний электронов (здесь мы говорим о самых легких и наиболее подвижных заряженных частицах), тем больше дополнительное поле, и тем меньше диэлектрическая проницаемость плазмы.

Диэлектрическая проницаемость плазмы обращается в нуль при . Это так называемая критическая частота. Она равна частоте собственных колебаний электронов в плазме. В приведенной выше формуле фигурируют концентрация , заряд и масса  электрона, как наиболее подвижной частицы, определяющей диэлектрическую проницаемость при достаточно высоких частотах электромагнитного излучения.