Brevet 4042196 - Méthode et appareil pour déclencher un changement substantiel des caractéristiques de la Terre et mesurer les changements de la Terre -1977

1. Dispositif pour déclencher un changement substantiel dans une caractéristique ionosphérique sélectionnée de la terre comprenant en combinaison

un satellite orbital terrestre

une source de gaz ionisé à basse énergie sur ledit satellite, et

des moyens pour provoquer la libération dudit gaz dudit satellite à des intervalles de temps choisis déterminés par l’emplacement dudit satellite, lorsqu’il est en orbite terrestre, dans un champ de rayonnement à haute intensité piégé par le champ magnétique terrestre.

2. Invention selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens pour provoquer la libération comprennent des moyens pour libérer par intermittence ledit gaz dans une série de gouttelettes ou de gouttes.

3. Invention selon la revendication 1 dans laquelle ledit satellite est un satellite synchrone.

4. Invention selon la revendication 1, dans laquelle ladite libération est amenée à se produire dans la région de la cuspide du côté de la nuit de la terre.

J’ai déjà fait remarquer que l’injection de plasma froid (gaz ionisé à basse énergie) de l’ionosphère dans la magnétosphère pourrait produire une turbulence en siffleurs et une précipitation des électrons énergétiques.

D’autres ont reconnu qu’un phénomène parallèle pour les ondes cyclotroniques et les protons pouvait survenir si les protons énergétiques diffusaient à travers la plasmaphérèse dans la région à haute densité de plasma de la magnétosphère. Ils suggèrent cela comme un mécanisme pour éliminer les protons responsables de la partie asymétrique du courant d’anneau. D’autres encore ont suggéré que les nuages ​​de baryum libérés à grande distance dans la magnétosphère augmenteraient également la densité du plasma froid et pourraient donc produire une précipitation d’électrons par une turbulence de sifflement améliorée, créant ainsi une «aurore artificielle».

Une autre suggestion consistait à « allumer » les aurores boréales en chauffant l’ionosphère avec des ondes radio, mais de grandes quantités d’énergie étaient nécessaires et cette méthode a échoué.

Selon la présente invention, dans des distributions de particules énergétiques appropriées, une augmentation substantielle de la précipitation des particules énergétiques est obtenue par l’injection de très faibles quantités de plasma froid, par exemple de l’hydrogène. La précipitation provient d’une amélioration de la turbulence en mode Whistler (et en mode ion-cyclotron) résultant de l’injection de plasma froid. Les conditions initiales les plus favorables sont une distribution de particules énergétiques très douce et intense avec une faible densité de plasma froid. Ces conditions sont remplies dans la région des cuspides du côté de la nuit.

Le dessin ci-joint montre une section équatoriale partielle de la terre et le champ de rayonnement à haute intensité qui y est piégé par le champ magnétique terrestre.

Une description détaillée de la façon dont une augmentation de la densité du plasma froid peut produire des précipitations est présentée dans un article intitulé «Influence de la convection magnétosphérique et du vent polaire sur la perte d’électrons de la ceinture de rayonnement externe» par Brice et Lucas, de la recherche géophysique, Space Physics Vol. 16, n ° 4, 1er février 1971, incorporé ici à titre de référence, et non répété ici. En bref, l’instabilité en mode Whistler produira une précipitation des électrons énergétiques et, dans certaines conditions, produira une limite dans le nombre de particules qui peuvent être piégées de manière stable. Cette limite s’applique uniquement aux électrons dont l’énergie dépasse l’énergie seuil, ET, qui est comparable à la densité d’énergie magnétique par particule, B2 / 2μoN, où μo est la perméabilité de l’espace libre et N est la densité du nombre d’électrons. La limite stable est indépendante de la densité totale des particules. Considérons maintenant une situation dans laquelle l’énergie de seuil ET1 est supérieure à l’énergie caractéristique des particules. La plupart des particules énergétiques ne sont alors pas soumises à la limite de piégeage et des densités très élevées peuvent (et se produisent). Si la densité du plasma froid est augmentée, l’énergie de seuil est réduite, disons, de ET1 à ET2. Les électrons ayant des énergies entre ET1 et ET2 seront alors soumis à la limite de piégeage, et les flux initialement élevés seront rapidement réduits à cette limite (en quelques secondes) par diffusion de l’angle de tangage et précipitation dans l’atmosphère. Cela produirait vraisemblablement une quantité significative de luminosité aurorale. Une façon de mettre en pratique l’invention consiste à libérer par intermittence de petites quantités de plasma (dribbles ou gouttes à des fins de collecte de données) à partir d’un satellite synchrone. La densité de plasma initiale optimale serait telle que l’énergie des particules dominantes était de quelques fois B2 / 2μN, avec des flux très raides et intenses comme indiqué ci-dessus. Ces conditions sont satisfaites dans la région de la cuspide, qui s’étend généralement à l’intérieur de l’orbite synchrone pendant plusieurs heures à peu près à minuit.

La libération initiale et l’aurore résultante pourraient fournir des informations sur la forme de la ligne de champ à travers le satellite et la diffusion du plasma injecté le long des lignes de champ. Si cette diffusion est lente, des rejets beaucoup plus faibles sont nécessaires car le paramètre significatif est la densité électronique, N, dans et près du plan équatorial.

Si le plasma est injecté à partir d’un satellite synchrone plutôt que d’un satellite qui voyage en orbite à travers la région d’injection sélectionnée après l’injection, le plasma se séparera de l’engin spatial à cause des dérives E × B. Les rejets intermittents produiraient une série de blobs, chacun avec une parcelle d’aurore associée. A partir de ces patchs, le diagramme de dérive des blobs dans la magnétosphère serait facilement apparent. La diffusion des blobs à travers les lignes de champ serait observée comme des extensions des taches aurorales. Les changements de densité dans les blobs seraient reflétés dans les changements dans l’énergie minimale des électrons de précipitation.

Des effets similaires sur le plan qualitatif seraient attendus des ions en raison de l’augmentation de la turbulence des cyclotrons ioniques, mais l’aurore résultante serait probablement plus faible et plus diffuse. De plus, le temps de perte des protons est de l’ordre d’une heure, de sorte que la précipitation d’ions dans l’atmosphère serait moins utile comme outil de diagnostic.

Une autre possibilité est indiquée par la morphologie des sous-formes magnétosphériques qui suggère fortement qu’une instabilité explosive est responsable. On pense que la précipitation dans l’ionosphère se transforme en paramètres ionosphériques (température, densité, conductivité, courants et champs électriques), qui se réfléchissent dans la magnétosphère et provoquent d’autres précipitations. Cela montre que si la précipitation est artificiellement augmentée à un moment approprié, un sous-orage peut en résulter.

DENSITÉS DE PLASMA REQUISES

Des mesures récentes dans la région des cuspides nocturnes à l’orbite synchrone suggèrent une absence presque totale de plasma froid. Pour calculer la densité à injecter, supposons un plasma initial ayant une énergie protonique et électronique caractéristique de 20 et 10 kV, respectivement, et une densité de 1 / cm3 et 6,5RE. Cela donne un β pour le plasma d’environ 1.

Si l’on veut rendre l’énergie parallèle de la particule E11 comparable à l’énergie du seuil parallèle, on a besoin d’une densité de nombre de plasma N telle que B2 / 2μoNA (A + 1) 2 = E11

où A est le rapport de la fréquence maximale du mode siffleur pour laquelle l’amplification nette dans la magnétosphère externe se produit à la gyrofréquence électronique minimale (A est l’anisotropie critique de Kennel et Petcheck Voir J. Geo, Res 71 (1), 1 -28-66.)

En prenant E11 égal à un tiers de l’énergie totale des électrons (soit environ 3 kv) et une valeur de A d’un tiers, nous exigeons une densité d’électrons N de 15 / cm3 ou une teneur en flux (en supposant des protons en équilibre diffusif) de environ 1013 / cm2 au-dessus de 1000 km. Ainsi, 1 kg de mole serait suffisant pour remplir les tubes de flux couvrant une superficie de 4000 km2 à 1000 km d’altitude.

Les valeurs utilisées pour l’énergie énergétique électronique (10 kv) et le paramètre A (3/8) sont peut-être un peu optimistes, mais la valeur dipolaire de magnétique est utilisée dans le calcul ci-dessus. Le gonflement des tubes de flux diminuera la force réelle du champ magnétique dans le plan équatorial et réduira ainsi la densité requise du plasma injecté.

Il a déjà été suggéré que les densités de plasma froid améliorées provoquent la précipitation dans la précipitation maximale d’électrons en fin de matinée. Ici, l’augmentation de la densité résulte de l’écoulement des tubes de flux vers le haut à partir de l’ionosphère. Il en résulte une asymétrie de midi-minuit dans l’énergie de seuil, avec une valeur plus faible à midi. Une asymétrie de l’aube et du crépuscule provient des champs électriques convectifs, et la combinaison de ces effets produit le maximum de la fin de la matinée. Une augmentation de la turbulence cyclotronique résultant de fortes densités de plasma froid à l’intérieur de la plasmaphérèse a été suggérée par d’autres comme un mécanisme de décroissance rapide de la partie asymétrique du courant de cycle.

En surveillant les résultats de l’injection contrôlée de plasma froid selon l’invention, des informations sur la diffusion du plasma le long des lignes de champ, la diffusion à travers les lignes de champ, les champs électriques profonds dans la magnétosphère et la forme de champ magnétique peuvent être développées. Les sous-enceintes de déclenchement conformes à la présente invention ont de nombreux avantages potentiels. Beaucoup d’informations utiles pourraient être apprises sur les processus du sous-sol. Déclenchement des sous-temples fournirait également une méthode pratique pour (1) fournir de meilleures prédictions pour l’existence de fouillis radar ou la qualité des circuits de radiocommunications polaires, (2) améliorer la sécurité des astronautes et (3) l’enlèvement des rayonnements rémanents captés à très haute altitude essais nucléaires etc.

Bien que l’invention ait été particulièrement illustrée et décrite en référence à son mode de réalisation préféré, l’homme de l’art comprendra que les divers changements de forme et de détails peuvent y être apportés sans s’écarter de la portée et de l’esprit de l’invention.