Что такое ионосфера земли

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Что такое «ионосфера»?

В районе 65—965 км над поверхностью Земли молекулы атмосферного газа сталкиваются с сильно заряженными частицами, испускаемыми солнцем. В результате от молекул отщепляются электроны — этот процесс называется ионизацией. Таким образом, появляется быстро движущаяся плазма, состоящая из ионов — электрически заряженных частиц.

Ионосфера и радио

Ионосфера дает возможность осуществлять коротковолновые радиопередачи по всему земному шару. Радиоволны, отраженные слоем F, возвращаются на Землю в тысячах километрах от места, из которого они были посланы. Более длинные волны, использующиеся рядом стран в коммерческом радиовещании, отражаются более низкими слоями ионосферы и поэтому имеют меньший диапазон.

Изменяющаяся ионосфера

Тип ионов и электронов и насыщенность ими ионосферы меняются в зависимости от высоты (см. диаграмму) и времени суток. Днем слой Е имеет четкие границы; ночью они становятся неопределенными. Часть слоя F полностью исчезает ночью, так как сокращается и общее количество ионов.

Внутри ионосферы

В слоях Е и D рентгеновские и ультрафиолетовые лучи отщепляют электроны от молекул кислорода и азота. В результате’получаются положительно заряженные ионы кислорода (О₂+) и окиси азота (NО+). Ионы О₂+ и NO+ присутствуют также в слое F_j, в то время как слой F₂ содержит большей частью ионы кислорода.

Источник

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

Источник

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 N_max

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 N_max

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

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.

Источник

Ионосфера земли

Что такое ионосфера, ее функции и особенности

Под так называемой ионосферой принято понимать верхнюю часть атмосферы, которая располагается выше 50 километров от поверхности Земли. Данный слой сильно ионизирован, а не представляет собой космический вакуум, как думают некоторые. На самом деле сегодня считается, что «настоящий» космос начинается примерно со ста километров высоты. Так что ионосфера – это еще не космос. Но, разумеется, никакой жизни в данных слоях атмосферы быть не может из-за сильного разряжения.

Отсюда может возникнуть вполне закономерный вопрос: какую роль играет ионосфера в существовании планеты Земля и в жизни человечества вообще?

Состав ионосферы

Как уже упоминалось, ионосфера – это не полная пустота. Более того, здесь существует настоящая смесь газов, находящихся под сильной ионизацией в результате воздействия космических лучей, исходящих от Солнца.

Среди прочих, в наибольшей концентрации здесь находятся следующие газы:

Стоит также отметить, что степень ионизации данного слоя атмосферы увеличивается с возрастанием высоты, начиная с отметки в 60 километров. Прежде существовала теория относительно неизменности состава ионосферы, однако последние научные исследования показали, что содержание ионов и электронов в каждой единице объема может постоянно изменяться – в зависимости от тех или иных условий, включая даже время года и время суток.

Потому, хоть ионосферу и принято сегодня условно разделять на три слоя – D, E и F – данные слои не обозначены четкими границами.

Слои ионосферы

Так называемый слой D – это самый первый слой ионосферы. Он начинается примерно с 50 – 60 километров и заканчивается на высоте 90 километров. В данном случае на степень ионизации газа сказывается главным образом рентгеновское излучение, которое исходит от нашей звезды – Солнца. Кроме того, в небольшой степени ионизации данного слоя способствуют космические лучи, а также метеориты. Любопытно, что для данного слоя характерно снижение показателей по ионизации в ночное время суток.

Далее идет слой Е. Его границы располагаются примерно на высоте от 90 до 120 километров. Характерная особенность данного слоя – повышенная плотность плазмы. Здесь в качестве основного источника ионизации выступает коротковолновая солнечная радиация. Потому не приходится удивляться тому, что днем можно наблюдать повышение концентрации электронов. Ночью же напротив – эта концентрация существенно снижается. Поскольку в Е-слое наблюдается крайне высокая концентрация свободных носителей, этот слой играет существенную роль в распределении средневолновых и коротковолновых излучений.

Примечательно также, что вплоть до следующего слоя – слоя F – наблюдается постепенный рост температуры среды и концентрации электронов. Ближе к верхним частям F-слоя температура перестает расти, а концентрация электронов при этом постепенно снижается. В открытом же космосе данные показатели резко падают и доходят до своего возможного минимума в межпланетном пространстве.

Третий слой ионосферы – F слой. Он находится примерно на высоте от 120 до 140 километров. При этом максимум ионов приходится на высоту от 150 до 200 км. Через диффузию, образовавшаяся здесь плазма переносится вверх. По этой причине самая большая концентрация ионов и электроном наблюдается примерно на высотах от 250 до 400 километров. До 1 000 км можно наблюдать самую большую концентрацию так называемых легких ионов кислорода. С увеличением же высоты происходит повышение концентрации ионов водорода, а в небольшой концентрации можно наблюдать ионы гелия.

Данный слой также может отражать радиоволны, что дает возможность, в свою очередь, передавать через слой F коротковолновые радиосигналы на максимально большие расстояния. Если речь идет о волнах с частотой менее 10 МГц, то стабильность их передачи не будет зависеть от солнечной активности.

Формирование северного сияния

Многим наверняка известно, что именно в ионосфере формируется красивейшее явление природы – так называемое северное сияние. Так как ионосфера не препятствует прохождению ультрафиолетовых лучей (более того, она сама является результатом действия этих лучей), то они способствуют возникновению всевозможных сияний. В том числе, и самого знаменитого – северного. Происходит бомбардировка заряженными частицами верхних слоев ионосферы, в результате чего и возникает характерное красивое свечение.

Однако северное сияние отнюдь не является главным. Некоторые виды сияний начинают формироваться в результате очень сложного возмущения электромагнитного поля Земли. Происходит это нередко перед землетрясениями. Поэтому ученые пристально следят за такими видами сияний с целью прогнозирования подобного рода катастроф.

Значение ионосферы

Важно, что ионосфера задерживает различные виды ультрафиолетового излучения, которое могло бы нанести вред живым организмам на планете. Остаточное ультрафиолетовое излучение не приносит ущерба ни человеку, ни животным. Таким образом, ионосфера – важнейшее условие для поддержания жизни на планете Земля.

Ионосфера, как уже упоминалось, является средой для распространения некоторых видов радиоволн. Таким образом, она дополнительно служит и радиосвязи на длинные расстояния.

Считается, что именно в ионосфере происходит формирование электромагнитных бурь, которые могут оказывать влияние на самочувствие метеозависимых людей. Происходит изменение самочувствия у них как раз из-за воздействия на атмосферу Земли солнечных вспышек. Стопроцентного научного подтверждения данное явление пока еще не получило. Но медики указывают на статистические данные, которые однозначно показывают зависимость между ухудшением самочувствия людей и формированием магнитных бурь, вспышками на Солнце.

Исследование ионосферы Земли – сегодня одна из важнейших научных задач. И дело здесь не только в необходимости проведения фундаментальных исследования, но и в сугубо практических целях. Ведь ионосфера способствует распространению радиоизлучения, потому исследование физики космической плазмы, исследование нестационарных и неоднородных структур высокоширотных слоев ионосферы служат и ряду исключительно практических задач. К примеру, корректное применение спутниковых навигационных систем и обеспечение стабильной связи и навигации в Арктике.

Надо сказать, что исследования эти начались далеко не вчера. Более того, за открытие слоя F несколько десятилетий назад была вручена Нобелевская премия.

Сегодня все в мире понимают необходимость проведения исследовательских работ в области изучения ионосферы, поэтому государствами выделяются крупные денежные суммы на данные нужды.

Существует даже версия того, что, оказывая воздействие на ионосферу, можно ни больше, ни меньше, а управлять погодой и стихийными бедствиями. Однако стопроцентно научного подтверждения данная точка зрения также пока не нашла.

Однако не подлежит сомнению то, что ионосфера является важнейшей материей, без которой не только невозможны многие привычные нам виды радиосвязи, но и вообще жизнь на Земле.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Ионосфера Земли

Ионосферой называют сильно ионизированный вследствие воздействия космического излучения слой атмосферы Земли. Он не имеет чётких границ, и вообще, является частью других атмосферных слоёв. Можно сказать, что ионосфера находится на высотах 60-1000 км, потому что именно на таких высотах и имеется ионизированный воздух. Однако, большая часть её находится в термосфере (около 80%).

Структура ионосферы

В зависимости от силы воздействия солнечного излучения на атмосферный слой, а также его характеристик, воздух ионизируется по-разному. Так, бывает он слабо ионизированным, сильно ионизированным, ну и средне ионизированным. Из-за этого факта выделяют 3 слоя ионосферы.

Слой D.
Обладает слабой ионизацией воздуха, а в ночное время и вовсе не существенным, поскольку ночью степень ионизация сильно снижается. Находится на высотах 60-90 км над уровнем моря.

Слой Е.
Простирается от 90 км до 120-130 км. Наблюдается в нём средняя по силе ионизация, и также в ночное время её степень заметно понижается. Его также называют слоем Кеннелли — Хевисайда, поскольку они работали над его изучением и первыми добились заметных результатов в этом.

Слой F.
Простирается от 130 км до верхней границы ионосферы (примерно 1000 км). Воздух в нём является сильно ионизированным.

Значение ионосферы

Термосфера
Своё название, вероятно, Термосфера получила благодаря высокой температуре воздуха атмосферного слоя. Она составляет немногим более тысячи градусов.

Источник