Ионосфера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ионосфе́ра (или термосфера) — часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующейся под действием солнечного коротковолнового излучения.

Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном кислорода О₂ и азота N₂) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц примерно равно числу положительно заряженных). Ионизация становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли.

[править] Структура ионосферы

В зависимости от плотности нейтральных частиц N в ионосфере выделятся слои D, Е и F.

[править] Слой D

Область D (60-90 км) характеризуется плотностями N_max~ 10²—10³ см^-3, слабой ионизацией и, соответственно, небольшой концентрацией заряженных частиц. Основным ионизирующим фактором этого слоя является рентгеновское излучением Солнца. Некоторую роль играют дополнительные слабые источники ионизации: метеориты, 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.

[править] Слой Е

Область Е (90-120 км) характеризуется плотностями N_max~ 10⁵ см^-3, ростом концентрации электронов с высотой в дневное время, связанным с поглощением солнечного коротковолнового излучения.

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 долгоживущие ионы (О⁺, «метеорные» ионы Са⁺, Fe⁺, Si⁺ и др.). Кроме того, некоторое количество ионов поступает в область Е сверху 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 геокороного 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.

Спорадически на высотах 100-110 км возникает слой E_S, очень тонкий (0,5-1 км), но плотный. Особенностью этого подслоя является высокая концентрации электронов (n_e~10⁵ см^-3), которые оказывают значительное влияние на распространение средних и даже коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы.

[править] Слой F

Областью F называют теперь всю ионосферу 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 называют областью F₁ (150—200 км). Она оказывает заметное влияние на распространение коротких радиоволн.

Вышележащую часть cлоя F часто называют слоем F₂. Здесь плотность нейтральных частиц достигает своего максимума — N ~ 10⁵—10⁶ см^-3.

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.