Ионосфера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ионосфера — часть верхней атмосферы Земли сильно ионизированная под действием солнечного коротковолнового излучения. Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно растет с удалением от Земли. На различных высотах в атмосфере происходят последовательно процессы диссоциации различных молекул и последующая ионизация различных атомов и ионов. В основном это молекулы кислорода O₂, азота N₂ и их атомы. В зависимости от интенсивности этих процессов различные слои атмосферы, лежащие выше 60-ти километров, называются ионосферными слоями.

Ионосферу принято делить на области D, Е и F. Область D (h 60-90 км) характеризуется слабой ионизацией и соответственно небольшой концентрацией заряженных частиц. Газы атмосферы в области D ионизуются рентгеновское излучением Солнца, кроме того, некотурую роль играют дополнительные слабые источники ионизации: метеоры, сгорающие на высотах 60- 100 км, космические лучи, а во время магнитных бурь — энергичные частицы магнитосферного происхождения. Ночью ионизация в слое D резко уменьшается, но не исчезает полностью. Область Е (h 90-120 км) характеризуется ростом концентрации электронов с высотой в дневное время, связанным с поглощением солнечного коротковолнового излучения. В дневное время на высотах 110 км наблюдается максимум концентрации электронов (n_e~10⁵ см^-3), который оказывает значительное влияние на распространение средних и даже коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы. Скорость рекомбинации ионов здесь довольно велика, и даже во время солнечного затмения концентрация ионов в области Е успевает резко упасть. Ночью концентрация электронов в области Е уменьшается до 10³ см^-3. Это связано с тем, что процессы рекомбинации не успевают охватить все долгожнвущие ионы (О⁺, «метеорные» ионы Са⁺, Fe⁺, Si⁺ и др.). Кроме того, некоторое количество ионов поступает в область Есверху из области F, где рекомбинация идёт медленнее и концентрация ионов относительно велика. Наконец, определённую роль в ионосфере средних широт играют ночные источники ионизации — поглощение рассеянного геокороной излучения Солнца в линии L_a, метеорная ионизация, космические лучи, а при больших магнитных бурях — и энергичные нейтральные атомы, образующиеся при процессах перезарядки заряженных частиц пояса кольцевого тока в магнитосфере с атомами геокороны. Этот последний процесс во время магнитной бури становится особенно важен для существования ночной области Е на низких широтах.

Областью F называют теперь всю ионосферу примерно выше 130—140 км. Максимум ионообразования под действием солнечного коротковолнового излучения лежит на высотах 150—200 км. Однако ионы до момента рекомбинации на больших высотах живут сравнительно долго, а процессы диффузии приводят к тому, что электроны и ионы распространяются вверх и вниз от области максимума ионообразования. В результате максимальная концентрация электронов и ионов в области F наблюдается выше — на высотах 250—400 км. В дневное время, однако, мощная ионизация солнечным УФ-излучением на этих высотах часто вызывает появление дополнительной «ступеньки» в распределении электронной концентрации с высотой, её наз. областью F₁ (150—200 км). Она оказывает заметное влияние на распространение коротких радиоволн. Вышележащую часть области F часто наз. областью F₂. На больших высотах возрастает роль процессов диффузии, что приводит к преобладанию более лёгких ионов: О⁺ вплоть до высот 400—1000 км, а ещё выше — ионов водорода (протонов) и в меньших количествах — ионов Не. Диффузионный обмен ионами между верхней частью области F и вышележащей плазмосферой оказывается исключительно важным стабилизатором характеристик области F.