Ионосфера что это такое
Ионосфера
Ионосфе́ра — верхняя часть атмосферы Земли, состоящая из мезосферы, мезопаузы и термосферы, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца.
Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли.
Содержание
Структура ионосферы
В зависимости от плотности заряженных частиц N в ионосфере выделяются слои D, Е и F.
Слой D
В области D (60—90 км) концентрация заряженных частиц составляет Nmax
10²—10³ см −3 — это область слабой ионизации. Основной вклад в ионизацию этой области вносит рентгеновское излучение Солнца. Также небольшую роль играют дополнительные слабые источники ионизации: метеориты, сгорающие на высотах 60—100 км, космические лучи, а также энергичные частицы магнитосферы (заносимые в этот слой во время магнитных бурь).
Слой D также характеризуется резким снижением степени ионизации в ночное время суток.
В D-слое наиболее полно исследован состав кластерных ионов и протекающие с их участием процессы. [1]
Слой Е
Область Е (90—120 км) характеризуется плотностями плазмы до Nmax
Спорадически на высотах 100—110 км возникает слой ES, очень тонкий (0,5—1 км), но плотный. Особенностью этого подслоя является высокая концентрации электронов (ne
10 5 см −3 ), которые оказывают значительное влияние на распространение средних и даже коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы.
Слой E в силу относительно высокой концентрации свободных носителей тока играет важную роль в распространении средних и коротких волн.
Слой Е иногда называют «слой Кеннелли — Хевисайда».
Слой F
Областью F называют теперь всю ионосферу выше 130—140 км. Максимум ионобразования достигается на высотах 150—200 км. Однако вследствие диффузии и относительно долгой длительности жизни ионов образовавшаяся плазма распространяются вверх и вниз от области максимума. Из-за этого максимальная концентрация электронов и ионов в области F находится на высотах 250—400 км.
В дневное время также наблюдается образование «ступеньки» в распределении электронной концентрации, вызванной мощным солнечным ультрафиолетовым излучением. Область этой ступеньки называют областью F1 (150—200 км). Она заметно влияет на распространение коротких радиоволн.
Выше лежащую часть cлоя F называют слоем F2. Здесь плотность заряженных частиц достигает своего максимума — N
На больших высотах преобладают более лёгкие ионы кислорода (до высот 400—1000 км), а ещё выше — ионы водорода (протоны) и в небольших количествах — ионы гелия.
Особенностью слоя F является то, что он отражает радиоволны, что делает возможным передачу радиосигналов коротковолнового диапазона на значительные расстояния.
Несмотря на то, что ионный состав слоя F зависит от солнечной активности, его способность отражать электромагнитные волны с частотой, меньшей 10 МГц, стабильна.
За открытие слоя F английскому физику Эдварду Виктору Эплтону была присуждена Нобелевская премия по физике в 1947 году.
Моделирование ионосферы
Модель ионосферы представляет собой распределение значений характеристик плазмы в виде функции географического положения, высоты, дня года, а также солнечной и геомагнитной активности. Для задач геофизики, состояние ионосферной плазмы может быть описано четырьмя основными параметрами: электронной плотностью, электронной и ионной температурами и, в силу наличия нескольких типов ионов, ионным составом. Распространение радиоволн, например, зависит исключительно от распределения электронной концентрации.
Одним из эффективных методов моделирования ионосферы, является так называемая техника ассимиляции данных. Суть этой методики состоит в корректировке физической модели ионосферы с помощью оперативно получаемых экспериментальных данных. Обычная модель ионосферы, основанная на физике исследуемых процессов, не может охватить всего диапазона факторов, влияющих на состоянии плазмы. Это связано с тем, что некоторые необходимые для этого величины сложно измерить экспериментально (скорости ветра на высотах термосферы, прохождение сквозь атмосферу космических лучей и др.). Кроме того, даже влияние хорошо изученных факторов, таких, например, как солнечная активность, трудно предсказать.
История исследования
В 1901 году Гульельмо Маркони принял трансатлантический радиосигнал с помощью 152-метровой антенны в городе Сент-Джонс на острове Ньюфаундленд (сейчас является территорией Канады). Передающая станция в Корнуолл, Англия использовала очень мощный (в сто раз мощнее любого, существовавшего в то время) передатчик, испускавший радиоволны на частоте примерно 500 кГц. Сообщение, которое принял Маркони, состояло из трех точек: обозначение азбуки Морзе для английской буквы S. До того, как сигнал достиг Ньюфаундленда, он дважды отразился от ионосферы. Несмотря на все сомнения и кривотолки, которые вызвал эксперимент Маркони, он успешно повторил его год спустя, приняв сигнал в заливе Глэйс, Новая Шотландия, Канада.
В 1926 году шотландский физик Роберт Уотсон-Ватт ввел термин ионосфера в письме, опубликованном только в 1969 году в журнале Nature:
В 1947 году Эдвард В. Эплтон был удостоен Нобелевской премии по физике за подтверждения существования ионосферы в 1927 году с формулировкой «За исследования физики верхних слоёв атмосферы, в особенности за открытие так называемого слоя Эплтона» [9]
Лойд Беркнер был первым, кто впервые измерил высоту и плотность ионосферы, что несомненно поспособствовало теории распространения коротких радиоволн. Морис Уилкс и Джон Рэтклифф исследовали распространение очень длинных радиоволн в ионосфере. Виталий Гинзбург разработал теорию распространения электромагнитных волн в плазме в частности в ионосфере. [10]
В 1962 году был запущен канадский спутник Alouette-1 для изучения ионосферы. [11] После его успеха также для измерения и исследования ионосферы были отправлены Alouette-2 в 1965 году и два спутника ISIS [12] в 1969 и 1971 годах.
Ионосфера
Полезное
Смотреть что такое «Ионосфера» в других словарях:
ионосфера — ионосфера … Орфографический словарь-справочник
ИОНОСФЕРА — ионизованная часть атмосферы верхней; расположена выше 50 км. Верх, границей И. является внеш. часть магнитосферы Земли. И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магн. поле Земли и… … Физическая энциклопедия
ионосфера — Ионизированная часть атмосферы планеты [ГОСТ 25645.143 84] [ГОСТ 25645.113 84] ионосфера Ионизированная часть атмосферы Земли, расположенная на расстоянии, большем 50 км от поверхности Земли, в которой происходит отражение и рассеяние радиоволн… … Справочник технического переводчика
ИОНОСФЕРА — верхние слои атмосферы, начиная от 50 80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхняя граница ионосферы внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере… … Большой Энциклопедический словарь
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ионизованная часть верхних слоев атмосферы Земли, расположена выше 50 км, характеризуется значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Причина… … Современная энциклопедия
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, часть атмосферы нашей планеты, содержащая в значительном количестве свободные ЭЛЕКТРОНЫ и ИОНЫ, появляющиеся под воздействием идущих от Солнца УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ и рентгеновских лучей. Степень ИОНИЗАЦИИ в значительной степени… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ы, жен. (спец.). Верхний слой земной атмосферы, содержащий большое число ионов и свободных электронов. | прил. ионосферный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Ионосфера — ионизованная часть верхней атмосферы Земли; расположена выше 50 км. Верхняя граница И. совпадает с внешней границей магнитосферы Земли. Характеризуется высокой концентрацией ионов и свободных электронов. В И. выделяются области увеличенной ионной … Энциклопедия техники
ионосфера — сущ., кол во синонимов: 1 • слой (111) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ИОНОСФЕРА — верхняя оболочка атмосферы, простирающаяся выше 80(50) км на 1200 1300 км, происходит переход в космический вакуум. По хим. составу И. в первом приближении аналогична атмосфере в целом, но по физ. состоянию имеет резкое отличае. Напр., кислород… … Геологическая энциклопедия
Ионосфера — ионизированная область атмосферы Земли на высотах 50 90 км и выше. Основным источником ионизации ионосферы являются ультрафиолетовая и рентгеновская солнечная радиация и космические излучения. Состояние ионосферы существенно влияет на… … Морской словарь
ИОНОСФЕРА
70 км (где n е Ъn i ) преобладает процесс взаимной нейтрализации положит, и отрицат. ионов, или ион-ионная рекомбинация, с участием стабилизирующей нейтральной частицы (рекомбинация Томсона). Скорость исчезновения ионов в И. характеризуется эффективным коэф. рекомбинации a’, к-рый определяет величину n е и её изменение во времени. Значения a’ для разд. областей И. различны (табл. и рис. 3).Наряду с рассмотренными выше процессами в области Fсущественны процессы амбиполярной диффузии и дрейфового переноса.
Рис. 3. Среднее измеренное значение эффективного коэффициента рекомбинации a на высотах 50-300 км.
Рис. 4. Распределение с высотой концентрации ионов в верхней части ионосферы.
Рис. 5. Изменение высоты максимума области F в течение дня по ракетным данным: I и II — зима и лето при низкой активности Солнца; III — при высокой активности Солнца.
600 км. В верх, части И. по направлению к высоким широтам обнаружен рост доли тяжёлых ионов на данной высоте, что аналогичным образом связывается с наблюдаемым ростом темп-ры. Однако поведение И. в полярных областях пока полностью не объяснено.
ионосфера
Смотреть что такое «ионосфера» в других словарях:
ионосфера — ионосфера … Орфографический словарь-справочник
ИОНОСФЕРА — ионизованная часть атмосферы верхней; расположена выше 50 км. Верх, границей И. является внеш. часть магнитосферы Земли. И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магн. поле Земли и… … Физическая энциклопедия
ионосфера — Ионизированная часть атмосферы планеты [ГОСТ 25645.143 84] [ГОСТ 25645.113 84] ионосфера Ионизированная часть атмосферы Земли, расположенная на расстоянии, большем 50 км от поверхности Земли, в которой происходит отражение и рассеяние радиоволн… … Справочник технического переводчика
ИОНОСФЕРА — верхние слои атмосферы, начиная от 50 80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхняя граница ионосферы внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере… … Большой Энциклопедический словарь
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ионизованная часть верхних слоев атмосферы Земли, расположена выше 50 км, характеризуется значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Причина… … Современная энциклопедия
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, часть атмосферы нашей планеты, содержащая в значительном количестве свободные ЭЛЕКТРОНЫ и ИОНЫ, появляющиеся под воздействием идущих от Солнца УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ и рентгеновских лучей. Степень ИОНИЗАЦИИ в значительной степени… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ы, жен. (спец.). Верхний слой земной атмосферы, содержащий большое число ионов и свободных электронов. | прил. ионосферный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Ионосфера — ионизованная часть верхней атмосферы Земли; расположена выше 50 км. Верхняя граница И. совпадает с внешней границей магнитосферы Земли. Характеризуется высокой концентрацией ионов и свободных электронов. В И. выделяются области увеличенной ионной … Энциклопедия техники
ионосфера — сущ., кол во синонимов: 1 • слой (111) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ИОНОСФЕРА — верхняя оболочка атмосферы, простирающаяся выше 80(50) км на 1200 1300 км, происходит переход в космический вакуум. По хим. составу И. в первом приближении аналогична атмосфере в целом, но по физ. состоянию имеет резкое отличае. Напр., кислород… … Геологическая энциклопедия
Ионосфера — ионизированная область атмосферы Земли на высотах 50 90 км и выше. Основным источником ионизации ионосферы являются ультрафиолетовая и рентгеновская солнечная радиация и космические излучения. Состояние ионосферы существенно влияет на… … Морской словарь
ИОНОСФЕРА
Смотреть что такое «ИОНОСФЕРА» в других словарях:
ионосфера — ионосфера … Орфографический словарь-справочник
ИОНОСФЕРА — ионизованная часть атмосферы верхней; расположена выше 50 км. Верх, границей И. является внеш. часть магнитосферы Земли. И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магн. поле Земли и… … Физическая энциклопедия
ионосфера — Ионизированная часть атмосферы планеты [ГОСТ 25645.143 84] [ГОСТ 25645.113 84] ионосфера Ионизированная часть атмосферы Земли, расположенная на расстоянии, большем 50 км от поверхности Земли, в которой происходит отражение и рассеяние радиоволн… … Справочник технического переводчика
ИОНОСФЕРА — верхние слои атмосферы, начиная от 50 80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхняя граница ионосферы внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере… … Большой Энциклопедический словарь
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ионизованная часть верхних слоев атмосферы Земли, расположена выше 50 км, характеризуется значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Причина… … Современная энциклопедия
ИОНОСФЕРА — ИОНОСФЕРА, ы, жен. (спец.). Верхний слой земной атмосферы, содержащий большое число ионов и свободных электронов. | прил. ионосферный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Ионосфера — ионизованная часть верхней атмосферы Земли; расположена выше 50 км. Верхняя граница И. совпадает с внешней границей магнитосферы Земли. Характеризуется высокой концентрацией ионов и свободных электронов. В И. выделяются области увеличенной ионной … Энциклопедия техники
ионосфера — сущ., кол во синонимов: 1 • слой (111) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ИОНОСФЕРА — верхняя оболочка атмосферы, простирающаяся выше 80(50) км на 1200 1300 км, происходит переход в космический вакуум. По хим. составу И. в первом приближении аналогична атмосфере в целом, но по физ. состоянию имеет резкое отличае. Напр., кислород… … Геологическая энциклопедия
Ионосфера — ионизированная область атмосферы Земли на высотах 50 90 км и выше. Основным источником ионизации ионосферы являются ультрафиолетовая и рентгеновская солнечная радиация и космические излучения. Состояние ионосферы существенно влияет на… … Морской словарь