Распространение электронного пучка в атмосфере на высотах $15$–$100$ км. Численный эксперимент

Исследуется распространение релятивистского электронного импульса в атмосфере. Численно моделируются движение электронов под действием геомагнитного и электрического силовых полей, рассеяние, ионизация, образование вторичных электронов, возмущение проводимости атмосферы и распределения электрического поля. Подтвержден полученный ранее в [1] вывод о том, что учет вертикального геомагнитного поля почти на два порядка уменьшает радиальное столкновительное размытие пучка и соответственно увеличивает плотность энерговыделения и ионизацию при инжекции вниз с высоты $60$ км. Приведены результаты моделирования инжекции пучка на высоте $60$ км вниз или горизонтально при наличии горизонтального или вертикального геомагнитного поля, а также инжекции с высоты $15$ км вверх вдоль квазистационарного грозового заоблачного электрического поля $5$ кВ/м, величина и полярность которого соответствуют скачкам поля, наблюдающимся в природе. На основе результатов проведенных расчетов сделаны оценки степени ионизации, проводимости и времени релаксации этих параметров в следе пучка, показывающие, что вблизи следа пучка из-за его поляризации возможны усиление внешнего электрического поля в десятки и сотни раз, разряды в атмосфере или достижение порога убегания для фоновых релятивистских электронов. Обсуждается возможность применения легкого электронного ускорителя для инициирования наблюдающихся оптических атмосферных явлений, таких, как голубые струи, blue jets, blue starters, red sprites.