Yıldırım kaynaklı elektromanyetik dalgaların alt iyonküreyi ısıtma ve iyonlaşma süreçleri

Bu tezde, bulut-yer arası yıldırım boşalmalarının dönüş darbesinden yayınlanan VLF (Very Low Frequency) bandındaki elektromanyetik (EM) ışımanın, gece alt iyonküreyi ısıtması ve iyonlaştırması araştırılmıştır. Bu amaçla, alt iyonküredeki elektronların sıcaklıkları Maxwellian dağılımı kullanılarak elde edilen elektron enerji denge denklemi aracılığıyla hesaplanmıştır. Hesaplamalarda Yer?in manyetik alanının etkisi de kullanılmış ve manyetik alanın yıldırım kaynaklı EM dalgayı farklı modlara ayırdığı görülmüştür. Tüm bu EM dalga modlarının alt iyonküre elektron sıcaklığını elektrik alan ile orantılı olarak önemli derecede arttırdığı görülmüştür. Elektron sıcaklığının 10 V/m lik elektrik alan değerinde tüm modlar için yaklaşık 9000 oK ile 11000 oK e kadar yükseldiği görülmüştür. Bu sıcaklıklara yaklaşık olarak 85-90 km yükseklikte ulaşılmıştır. Elektrik alanın artması ile maksimum sıcaklık değerine ulaşılan yüksekliğin de yukarı doğru kaydığı görülmüştür. EM dalganın sağa (R-right) kutuplanmış modunun diğer dalga modları gibi 95-100 km yükseklikte etkisini yitirmeyip iyonkürede ilerlemesine devam ettiği görülmüştür. Yıldırım etkili iyonlaşma alt iyonkürenin basit dört bileşenli bir modeli kullanılarak hesaplandı. Ancak bu modele daha önceki çalışmalarda ihmal edilen iki-cisim bağlanma reaksiyonu ve özellikle 72 km yükseklikten sonra etkili olan aktif türlerin birleşmeli ayrışma reaksiyonları dâhil edildi. Hesaplamalar sonucunda elektron yoğunluğu üzerinde üç cisim bağlanma sürecinin 50-72 km arasında, birleşmeli ayrışma sürecinin yaklaşık 72-85 km arasında ve iki cisim bağlanma sürecinin yaklaşık 85-95 km arasında etkili olduğu görüldü. Aktif türlerden ayrışmanın uygulanan elektrik alan değerine çok fazla bağlı olmadığı görüldü. Buna karşın, elektronların iki-cisim bağlanmasının uygulanan elektrik alan değerlerine keskin bir bağlılığın olduğu görüldü. Ayrıca bu çalışmada kullanılan elektrik alan değerleri için, EM dalganın alt iyonküre ile etkileşme süresi boyunca çok sayıda iyonlaşmanın olmasından dolayı, elektron yoğunluğunun tedirgin olmuş değerinin tedirgin olmamış durumdakinden yaklaşık 5,5 kata kadar daha fazla olduğu bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Yıldırım, Alt iyonküre, EM dalgalar, Isınma ve İyonlaşma