RSS feeds
РусскийEnglish
Issue 9, 2026
Volume year page
Issues Authors PACS Subscription For authors

Issues

 / 

2021

 / 

May

←  →

Reviews of topical problems


Frequency-modulated ULF waves in near-Earth space

 a,  b
a Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Bolshaya Gruzinskaya ul. 10, Moscow, 123995, Russian Federation
b Institute of Solar-Terrestrial Physics, Lermontova str. 125a, Irkutsk, 664033, Russian Federation

This review is devoted to ultra-low-frequency electromagnetic waves of a natural origin. A variety of frequency-modulated waves whose sources are located in the ionosphere, in the radiation belt, on the periphery of the magnetosphere, and in the solar wind in front of the magnetosphere bow shock are considered. The main focus is on the mechanisms of the formation of frequency modulation. Analysis of frequency modulation gives us information about the processes of excitation and propagation of waves, as well as about physical conditions in places of excitation and along signal propagation paths. Relevant open question about the physics of frequency-modulated waves are indicated.

Fulltext pdf (3 MB)
Fulltext is also available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.06.038777
Keywords: plasma, solar wind, magnetosphere, radiation belt, electromagnetic waves, ion cyclotron instability, dispersion, Doppler effect
PACS: 94.20.ws, 94.30.−d, 94.30.Ms (all)
DOI: 10.3367/UFNe.2020.06.038777
URL: https://ufn.ru/en/articles/2021/5/b/
000691278700002
2-s2.0-85101635140
2021PhyU...64..452G
Citation: Guglielmi A V, Potapov A S "Frequency-modulated ULF waves in near-Earth space" Phys. Usp. 64 452–467 (2021)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Received: 29th, March 2020, revised: 9th, June 2020, 10th, June 2020

Оригинал: Гульельми А В, Потапов А С «Частотно-модулированные ультранизкочастотные волны в околоземном космическом пространстве» УФН 191 475–491 (2021); DOI: 10.3367/UFNr.2020.06.038777

References (106) ↓ Cited by (27) Similar articles (20)

  1. ’G’?’?’?’?ь’?’?ya ’M ’l Usp. Fiz. Nauk 179 809 (2009); Belenkaya E S Phys. Usp. 52 765 (2009)
  2. Troitskaya V A, Gul’elmi A V Space Sci. Rev. 7 689 (1967)
  3. Guglielmi A V, Pokhotelov O A Geoelectromagnetic Waves (Bristol: Institute of Physics Publ., 1996)
  4. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’nр’?’?ts’?’?ya ’E ’B ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?ы’? ’?у’?ьс’?ts’?’? ’? ’?’?’?’?’?’?ст’?’?’? ’?’?’?’?’?т’?сф’?ры (’a.: ’v’?у’?’?, 1973)
  5. ’a’?’?’?’?’?ьshт’?’? ’’ ’R ’’’?’?ts’?’? ’?’? т’?’?р’?’? ’?’?’?’?’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1972)
  6. ’iыт’?’? ’l ’a "’a’?’?у’?’?р’?’?’?’?’?ы’? ’?’?’?’?’?’?’?’?ya ’? ’?’?’?’?ы" ’nр. ’s’R’B’v ’l’l’l’i 2 (1) 41 (1940)
  7. ’I’?рsh’?’?’? ’G ’v, ’p’?’?р’?’? ’E ’B Usp. Fiz. Nauk 72 235 (1960); Gershman B N, Ugarov V A Sov. Phys. Usp. 3 743 (1961)
  8. ’’’?khт’?р Ya ’R, ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’Mруkh’?’?’?’? ’’ ’a, ’a’?kh’?’?’?’?’?’? ’I ’B ’E’?’?’?’?’?’?ya ’?’?’?’?’?’?ст’?’?’? ’?р’?’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?ы (’dт’?. р’?’?. ’d ’B ’a’?’?ch’?’?’?’?, ’E ’v ’dр’?’?’?с’?’?’?) (’a.: ’v’?у’?’?, 1988)
  9. Nishida A Geomagnetic Diagnosis Of The Magnetosphere (New York: Springer-Verlag, 1978)
  10. Kangas J, Guglielmi A, Pokhotelov O Space Sci. Rev. 83 435 (1998)
  11. Lundin R, Guglielmi A Space Sci. Rev. 127 1 (2006)
  12. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E Usp. Fiz. Nauk 177 1257 (2007); Guglielmi A V Phys. Usp. 50 1197 (2007)
  13. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 5 (3) 102 (2019); Guglielmi A V, Potapov A S Solar-Terr. Phys. 5 (3) 87 (2019)
  14. Potapov A S et al J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 119 91 (2014)
  15. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E Fiz. Zemli (3) 3 (2006); Guglielmi A V Izv. Phys. Solid Earth 42 179 (2006)
  16. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’K’?’?’?’?ya ’G ’E ’z’?сь’?’? Zh’e’n’s 18 601 (1973); Gul’iel’mi A V, Dobnya B V JETP Lett. 18 353 (1973)
  17. Guglielmi A, Potapov A, Dovbnya B Solar Phys. 290 3023 (2015)
  18. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l, ’K’?’?’?’?ya ’G ’E ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 1 (2) 85 (2015)
  19. Guglielmi A V, Potapov A S arXiv:1808.05367
  20. Parker E N Interplanetary Dynamical Processes (New York: Interscience Publ., 1963)
  21. Guglielmi A V, Potapov A S Proc. of the 2017 Progress in Electromagnetics Research Symp., Spring, PIERS, St. Petersburg, Russia, 22 - 25 May 2017 (Piscataway, NJ: IEEE, 2017) p. 1051
  22. Hundhausen A J Coronal Expansion And Solar Wind (Physics And Chemistry In Space, Vol. 5) (Berlin: Springer-Verlag, 1972)
  23. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’I’?’?ф’?’?’?ch’?с’?’?’? ’?сс’?’?’?’?’?’?’?’?ya 19 (4) 5 (2018); Guglielmi A V, Potapov A S Geophys. Res. 19 (4) 5 (2018)
  24. ’F’?’?’?’?р ’B Ya ’E’?’?р’?сы ’?’?с’?’?’?’?’?’?’? 8 58 (1962)
  25. Guglielmi A Space Sci. Rev. 16 331 (1974)
  26. ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’Rсс’?’?’?’?’?’?’?’?ya ’?’? ’?’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’?у, ’?эр’?’?’?’?’?’? ф’?’?’?’?’? ’l’?’?’?ts’? (34) 3 (1974)
  27. Belcher J W, Davis L (Jr.) J. Geophys. Res. 76 3534 (1971)
  28. Bale S D et al Nature 576 237 (2019)
  29. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’K’?’?’?’?ya ’G ’E Astrophys. Space Sci. 31 11 (1974)
  30. Fraser-Smith A C Rev. Geophys. 20 497 (1982)
  31. Asheim S "Serpentine emissions in the polar magnetic field" Report 83-38 (Oslo: Inst. of Physics, 1983)
  32. Morris R J, Cole K D Planet. Space Sci. 35 313 (1987)
  33. ’K’?’?’?’?ya ’G ’E ’? ’?р ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 3 (1) 59 (2017); Dovbnya B V et al Solar-Terr. Phys. 3 (1) 73 (2017)
  34. ’K’?’?’?’?ya ’G ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l Fiz. Zemli (5) 19 (2018); Dovbnya B V, Potapov A S Izv. Phys. Solid Earth 54 680 (2018)
  35. Leighton R B, Noyes R W, Simon G W Astrophys. J. 135 474 (1962)
  36. ’E’?р’?’?ts’?’? ’l ’E, Zh’?р’?’?’? ’E ’v Usp. Fiz. Nauk 134 675 (1981); Vorontsov S V, Zharkov V N Sov. Phys. Usp. 24 697 (1981)
  37. ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l, ’z’?’?yush’?’?’?’? ’n ’v, ’zу’?ya’?’? ’E ’B ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? (20) 45 (2012)
  38. Potapov A S, Polyushkina T N, Pulyaev V A J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 102 235 (2013)
  39. ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l, ’z’?’?yush’?’?’?’? ’n ’v ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? (15) 28 (2010)
  40. Lessing L Man Of High Fidelity: Edwin Howard Armstrong, A Biography (Philadelphia, PA: Lippincott, 1956)
  41. Sucksdorff E Terr. Magn. Atmos. Electricity 41 337 (1936)
  42. Harang L Terr. Magn. Atmos. Electricity 37 57 (1932)
  43. Yanagihara K J. Geophys. Res. 68 3383 (1963)
  44. Cornwall J M J. Geophys. Res. 70 61 (1965)
  45. Tepley L Radio Sci. 1089 (1965)
  46. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E ’a’I’K-’?’?’?’?ы ’? ’?’?’?’?’?’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1979)
  47. Raita T, Kultima J J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1600 (2007)
  48. ’I’?’?’?’?ур’? ’E ’’ ’i’?с’?р’?стр’?’?’?’?’?’? э’?’?’?тр’?’?’?’?’?’?т’?ыkh ’?’?’?’? ’? ’?’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1967); ’z’?р. ’?’? ’?’?’?’?. ya’?., Ginzburg V L The Propagation Of Electromagnetic Waves In Plasmas (Oxford: Pergamon Press, 1970)
  49. ’’’?фsh’?ts ’M ’a, ’z’?т’?’?’?с’?’?’? ’’ ’z ’s’?’?’?ch’?с’?’?ya ’?’?’?’?т’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1979); ’z’?р. ’?’? ’?’?’?’?. ya’?., Lifshitz E M, Pitaevskii L P Physical Kinetics (Oxford: Pergamon Press, 1981)
  50. ’B’?’?р’?’?’?’? ’B ’B, ’s’?’?р’?’?’?’?т ’B ’’ ’v’?’?’?’?’?’?’?ы’? ’?’?’?’?ы (’dт’?. р’?’?. ’B ’E ’I’?’?’?’?’?’?’?-’Iр’?kh’?’?) (’a.: ’v’?у’?’?, 1979)
  51. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E ’I’?’?ф’?’?’?ch’?с’?’?’? ’?сс’?’?’?’?’?’?’?’?ya 9 (3) 16 (2008)
  52. ’n’?’?рс’?’?’? ’G ’B ’K’?’?’?’?’?’?’? р’?’?’?’?ts’?’?’?’?ыkh ’?’?yaс’?’? ’O’?’?’?’? (’a: ’v’?у’?’?, 1968)
  53. Guglielmi A V, Potapov A S, Russell C T ’z’?сь’?’? Zh’e’n’s 72 432 (2000); Guglielmi A V, Potapov A S, Russell C T JETP Lett. 72 298 (2000)
  54. Kangas J, Fraser B, Potapov A J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1599 (2007)
  55. Demekhov A G J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1609 (2007)
  56. Mursula K J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1623 (2007)
  57. Zolotukhina N, Cao J J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1668 (2007)
  58. Kurazhkovskaya N A, Klain B I, Dovbnya B V J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1680 (2007)
  59. Yahnin A G, Yahnina T A J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1690 (2007)
  60. Paulson K W et al Geophys. Res. Lett. 41 1823 (2014)
  61. Paulson K W et al J. Geophys. Res. Space Phys. 122 105 (2017)
  62. Klimushkin D Yu, Mager P N, Marilovtseva O S J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 72 1327 (2010)
  63. Mikhailova O S J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 108 10 (2014)
  64. ’v’?’?р’?с’?’? ’B ’F, ’s’?’?’?’?’? ’s ’O Fiz. Zemli (5) 81 (2018); Nekrasov A K, Feygin F Z Izv. Phys. Solid Earth 54 741 (2018)
  65. ’s’?’?’?’?’? ’s ’O, Ya’?’?’?’?’?’?’? ’E ’’ ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 9 700 (1969)
  66. ’s’?’?’?’?’? ’s ’O, Ya’?’?’?’?’?’?’? ’E ’’ ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 10 558 (1970)
  67. Feygin F Z, Kurchashov Yu P J. Geomagn. Geoelectricity 26 539 (1975)
  68. Guglielmi A, Kangas J, Potapov A J. Geophys. Res. 106 25847 (2001)
  69. Guglielmi A, Kangas J J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1635 (2007)
  70. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’F’?с’?’?ch’?с’?’?’? ’?сс’?’?’?’?’?’?’?’?ya 50 283 (2012)
  71. ’’’?’?’?’?у ’’ ’K, ’’’?фsh’?ts ’M ’a ’a’?kh’?’?’?’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1988); ’z’?р. ’?’? ’?’?’?’?. ya’?., Landau L D, Lifshitz E M Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1976)
  72. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E ’z’?сь’?’? Zh’e’n’s 13 85 (1971); Gul’el’mi A V JETP Lett. 13 57 (1971)
  73. ’G’?с’?’?’?’?’? ’z ’B, ’nр’?khт’?’?’?’?рts ’E Yu ’B’?ь’?’?’?’?’?с’?’?’? ’?’?’?’?ры (’I’?рь’?’?’?: ’R’z’s ’B’v ’l’l’l’i, 1986)
  74. ’n’?’?’?р’?’? ’E ’i, ’nр’?khт’?’?’?’?рts ’E Yu, Ch’?р’?’?ус ’l ’B ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 26 600 (1986)
  75. ’nр’?khт’?’?’?’?рts ’E Yu, ’n’?’?’?р’?’? ’E ’i, Ch’?р’?’?ус ’l ’B ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 26 99 (1986)
  76. ’nр’?khт’?’?’?’?рts ’E Yu, ’K’?’?’?kh’?’? ’B ’I ’zр’?р’?’?’? (4) 25 (2002)
  77. Trakhtengerts V Y, Rycroft M J Whistler And Alfvén Mode Cyclotron Masers In Space (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2008); ’z’?р. ’?’? русс’?. ya’?., ’nр’?khт’?’?’?’?рts ’E Yu, ’i’?’?’?р’?фт ’a ’Kzh ’l’?’?ст’?’?ы’? ’? ’?’?ьф’?’?’?’?’?с’?’?’? ’?’?’?’?ры ’? ’?’?с’?’?с’? (’a.: ’s’?’?’?’?т’?’?т, 2011)
  78. ’E’?’?’?shт’?’?’? ’’ ’B Usp. Fiz. Nauk 118 339 (1976); Vainshtein L A Sov. Phys. Usp. 19 189 (1976)
  79. ’Fр’?’?ts’?’? ’B Yu, ’dр’?’?’? Yu ’R ’I’?’?’?’?тр’?ch’?с’?’?ya ’?’?т’?’?’? ’?’?’?’?’?’?р’?’?’?ыkh ср’?’? (’a.: ’v’?у’?’?, 1980); ’z’?р. ’?’? ’?’?’?’?. ya’?., Kravtsov Yu A, Orlov Yu I Geometrical Optics Of Inhomogeneous Media (Berlin: Springer-Verlag, 1990)
  80. Storey L R O Philos. Trans. R. Soc. 246 113 (1953)
  81. Carpenter D L J. Geophys. Res. 68 1675 (1963)
  82. ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 13 377 (1973)
  83. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’F’?’?’?’? ’G ’R, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 3 (4) 27 (2017); Guglielmi A V, Klain B I, Potapov A S Solar-Terr. Phys. 3 (4) 26 (2017)
  84. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l, ’K’?’?’?’?ya ’G ’E ’I’?’?ф’?’?’?ch’?с’?’?’? ’?сс’?’?’?’?’?’?’?’?ya 20 (2) 19 (2019)
  85. Russell C T, Hoppe M M Space Sci. Rev. 34 155 (1983)
  86. ’nр’?’?ts’?’?ya ’E ’B, ’a’?’?ь’?’?’?’?’?’? ’a ’E "Ya’?’?’?’?’?ya ’?’?’?’?уzh’?’?’?’?ya ’?’?’?’?’?’?’?р’?’?’?’?ch’?с’?’?kh ’?’?’?’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?т’?’?’?’? ’?’?’?ya ’O’?’?’?’? ’?’?р’?ст’?yushch’?’? ch’?ст’?ты" ’I’?су’?’?рст’?’?’?’?ы’? р’?’?стр ’?т’?рыт’?’? ’l’l’l’i. ’K’?’?’?’?’? №179. ’zр’?’?р’?т’?т ’?т 4 ’?yu’?ya 1959 ’?. (1959)
  87. ’nр’?’?ts’?’?ya ’E ’B, ’a’?’?ь’?’?’?’?’?’? ’a ’E Dokl. Akad. Nauk SSSR 128 917 (1959)
  88. Troitskaya V A J. Geophys. Res. 66 5 (1961)
  89. Gendrin R et al Planet. Space Sci. 15 1239 (1967)
  90. ’nр’?’?ts’?’?ya ’E ’B, Shch’?’?’?т’?’?’? ’i ’E, ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 8 794 (1968)
  91. ’a’?’?ьts’?’?’? ’v ’s, ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’E’?’?’?’?р’?’?’?’?’? ’E ’v ’I’?’?’?’?’?’?’?т’?’?’? ’?эр’?’?’?’?’?ya 10 939 (1970)
  92. Potapov A et al (Cham: Springer, 2019) p. 579
  93. ’O’?’?’?туkh’?’?’? ’v ’B "’E’?’?’?уzh’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?’?’?’?т’?ыkh ’?у’?ьс’?ts’?’? ’? р’?’?у’?ьт’?т’? ’?’?zh’?’?ts’?’? ’? ’?’?ст’?ts’?’?’?’?р’?’?’?’? ’?р’?’?ф’? э’?’?р’?’?ch’?ыkh ch’?ст’?ts" ’K’?сс. ... ’?’?’?’?. ф’?’?.-’?’?т. ’?’?у’? (’a.: ’R’?ст’?тут ф’?’?’?’?’? ’O’?’?’?’? ’B’v ’l’l’l’i)
  94. Zolotukhina N, Cao J J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69 1668 (2007)
  95. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 3 (3) 95 (2017); Guglielmi A V, Potapov A S Solar-Terr. Phys. 3 (3) 82 (2017)
  96. Burton R K, McPherron R L, Russell C T J. Geophys. Res. 80 4204 (1975)
  97. ’z’?т’?’?’?’? ’B ’l ’? ’?р ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 2 (4) 13 (2016); Potapov A S et al Solar-Terr. Phys. 2 (4) 16 (2016)
  98. Feygin F Z, Yakimenko V L Ann. Geophys. 27 49 (1971)
  99. Gendrin R et al Planet. Space Sci. 19 165 (1971)
  100. Guglielmi A, Pokhotelov O Space Sci. Rev. 65 5 (1993)
  101. Potapov A S, Polyushkina T N IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 58 5058 (2020)
  102. ’’’?’?’?’?’?’?ch ’B ’l, ’a’?’?ур ’E ’B ’’’?’?’?’?’?’?ya т’?’?р’?ya ’a’I’K-’?’?’?’?’?’?’?’?’? ’?’?’?’?’?т’?сф’?ры (’a.: ’s’?’?’?’?т’?’?т, 2016)
  103. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E Fiz. Zemli (7) 35 (1992)
  104. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’s’?’?’?’?’? ’s ’O Fiz. Zemli (5) 53 (2018)
  105. ’Iу’?ь’?’?ь’?’? ’B ’E, ’O’?т’?’? ’d ’K Fiz. Zemli (6) 23 (2012); Guglielmi A V, Zotov O D Izv. Phys. Solid Earth 48 486 (2012)
  106. ’O’?’?т’?’?’? ’M Ya ’l’?’?’?’?ch’?’?-’?’?’?’?’?ya ф’?’?’?’?’? 16 49 (2010)
© 1918–2026 Uspekhi Fizicheskikh Nauk
Email: ufn@ufn.ru Editorial office contacts About the journal Terms and conditions