ИОНОСФЕРА

ИОНОСФЕРА (от
ионы и греч. sphaira-шар), ионизированная часть верхней атмосферы; расположена
выше 50 км. Верхней границей И. является внешняя часть магнитосферы Земли.
И. представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной
плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей
высокой электропроводности сиецифич. свойствами, определяющими характер
распространений в ней радиоволн и различных возмущений (подробнее см. Плазма,
Распространение радиоволн). Только благодаря И. возможен такой простой
и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь.

Первые предположения
о существовании высоко над Землёй электропроводящего слоя высказывались
в связи с исследованием магнитного поля Земли и атмосферного электричества
(К. Гаусс, 1839; У. Томсон, 1860; Б. Стюарт, 1878). Вскоре после открытия
А. С. Поповым радио (1895) А. Кеннелли в США и О. Хевисайд в Великобритании
почти одновременно (в 1902) высказали предположение, что распространение
радиоволн за пределы прямой видимости обусловлено их отражением от электропроводящего
слоя, расположенного на высотах 100-300 км. Науч. исследования И. были
начаты в 20-х гг., когда применили зондирующие ионосферные станции и, посылая
с Земли короткие радиосигналы с различной длиной волны, наблюдали их отражения
от соответствующих областей И. Английским учёным У. Эклсом был предложен
механизм влияния заряженных частиц на радиоволны (1912), сов. учёный M.
В. Шулейкин (1923) пришёл к выводу о существовании в И. не менее 2 слоев,
англ, учёный С. Чепмен (1931) построил теорию простого слоя, в первом приближении
описывающую И. Большой вклад внесли работы сов. учёных Д. А. Рожан-ского,
М.А.Бонч-Бруевича, А.Н.Щукина, С. И. Крючкова, англ, учёных Дж. Лар-мора,
Э. Эплтона и др.

Наблюдения
на мировой сети станций позволили получить глобальную картину изменения
И. Было установлено, что концентрация ионов и электронов в И. распределена
по высоте неравномерно: имеются области, или слои, где она достигает максимума
(рис. 1). Таких слоев в И. несколько; они не имеют резко выраженных границ,
их положение и интенсивность регулярно изменяются в течение дня, сезона
и 11-летнего солнечного цикла. Верхний слой F соответствует гл. максимуму
ионизации И. Ночью он поднимается до высот 300-400 км, а днём (преим. летом)
раздваивается на слои Fi и F с максимумами на высотах 160-200 км и 220-320
км. На высотах 90-150 км находится область E, а ниже 90 км область D. Слоистость
И. обусловлена резким изменением по высоте условий её образования (см.
ниже).

Рис. 1. Схема
вертикального строения ионосферы.

Применение
сначала ракет, а потом и спутников позволило получить более надёжную информацию
о верхней атмосфере, непосредственно измерить на ракетах ионный состав
(при помощи масс-спектрометра) и осн. физич. характеристики И. (темп-ру,
концентрацию ионов и электронов) на всех высотах, исследовать источники
ионизации - интенсивность и спектр коротковолнового ионизующего излучения
Солнца и разнообразных корпускулярных потоков. Это позволило объяснить
регулярные изменения в И. С помощью спутников, несущих на борту ионосферную
станцию и зондирующих И. сверху, удалось исследовать верхнюю часть И.,
расположенную выше максимума слоя F и поэтому недоступную для изучения
наземными ионосферными станциями.

Было установлено,
что темп-pa и электронная концентрация nдо области F (см. таблицу и рис. 2);

Рис. 2. Типичное
распределение по вертикали электронной концентрации nБуквами отмечено положение различных областей.

в верхней части
И. рост темп-ры замедляется, а nс высотой сначала постепенно до высот

15-20 тыс.
км (т. н. плазмопауза), а потом более резко, переходя к низким концентрациям
п, в межпланетной среде.

Наряду с ракетами
и спутниками получили успешное развитие новые наземные методы исследования,
особенно важные для изучения нижней части И. в области D: методы частичного
отражения и перекрёстной модуляции; измерения с помощью радиометров поглощения
космич. радиоизлучения на разных частотах, исследования поля длинных и
сверхдлинных радиоволн, а также метод наклонного и возвратно-наклонного
зондирования. Большое значение имеет метод обратного некогерентного (томпсонов-ского)
рассеяния, основанный на принципе радиолокации, когда посылают в И. короткий
мощный импульс радиоизлучения, а затем принимают слабый рассеянный сигнал,
растянутый во времени в зависимости от расстояния до точки рассеяния. Этот
метод позволяет измерять не только распределение п, до очень больших высот
(1000 км и выше), но даёт также темп-ру электронов и ионов, ионный состав,
регулярные и нерегулярные движения и др. параметры И.

Образование
ионосферы. В И. непрерывно протекают процессы ионизации и рекомбинации.
Наблюдаемые в И. концентрации ионов и электронов есть результат баланса
между скоростью их образования в процессе ионизации и скоростью уничтожения
за счёт рекомбинации и др. процессов. Источники ионизации и процессы реком
бинации разные в различных областях ионосферы.

Осн. источником
ионизации И. днём является коротковолновое излучение Солнца с длиной волны
короче 1038А, однако важны также и корпускулярные потоки, галактические
и солнечные космические лучи и др. Каждый тип ионизующего излучения оказывает
наибольшее действие на атмосферу лишь в определённой области высот, соответствующих
его проникающей способности. Так, мягкое коротковолновое излучение Солнца
с большую часть ионов образует
в И. в области 120-200 км (но действует и выше), тогда как более длинноволновое
излучение с=911 - 1038
А вызывает ионизацию на высотах 95-115 км<, т. е. в области E, а
рентгеновское излучение с X короче 85 А - в верхней части области D на
высотах 85-100 км- В нижней части области D, ниже 60-70 км днём и ниже
80-90 км ночью, ионизация осуществляется т. н. галактич. космич. лучами.
Существенный вклад в ионизацию области D на высотах ок. 80 км вносят корпускулярные
потоки (напр., электроны с энергией

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я