Процессом
обратным
ионов в Значения a'
Рис. 3. Среднее
Состав ионосферы.
Изменения ионосферы.
После солнечных
Характеристики
В области D
При переходе
Область И.
На высотах
Концентрация
Поведение гл.
ний, где наблюдается
Высота гл.
Рис. 4. Изменение
В последнее
Многие особенности
Движения потоков
Изучение И.
Лит.: Гинзбург
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
ионизации, является процесс нейтрализации, или рекомбинации. Скорость исчезновения
ионов в И. характеризуется эффективным коэфф. рекомбинации а',< к-рьгй
определяет величину n
для различных областей И. различны (см. таблицу и рис. 3).
измеренное значение эффективного коэффициента рекомбинации а' на высотах
50-300 км.
Под воздействием ионизующих излучений в И. происходят сложные физико-химич.
процессы, к-рые можно подразделить на три типа: ионизацию, ионно-молекуляр-ные
реакции и рекомбинацию, - соответствующие трём стадиям жизни ионов: их
образованию, превращениям и уничтожению. В разных областях И. каждый из
этих процессов проявляется по-своему, что приводит к различию ионного состава
по высоте. Так, днём на высотах 85- 200 км преобладают положит, молекулярные
ионы NO+и О
F - атомные ионы O+, а выше 600-1000 км - протоны H+,
В нижней части области D (ниже 70-80 км) существенно образование комплексных
ионов-гидратов типа (H
отрицат. ионов, из к-рых наиболее стабильны ионы NO
и NО3-. Отрицат. ионы наблюдаются лишь в области D.
И. непрерывно изменяется. Различают регулярные изменения и возмущённые
состояния. Поскольку осн. источником ионизации является коротковолновое
излучение Солнца, многие регулярные изменения И. обязаны изменению либо
высоты Солнца над горизонтом (суточные, сезонные, широтные изменения),
либо уровня солнечной активности (11-летние и 27-дневные вариации).
вспышек, когда резко усиливается ионизующее излучение, возникают т. н.
внезапные ионосферные возмущения. Часто возмущённые состояния И. связаны
и с магнитными бурями. Многие явления, к-рые происходят в верхней атмосфере
и магнитосфере Земли, тесно связаны. Это обусловлено влиянием солнечной
активности одновременно на все эти явления. Когда в межпланетном пространстве
в районе Земли возрастает солнечный корпускулярный поток, к-рый задерживается
магнитосферой, происходит не только возмущение геомагнитного поля (магнитная
<буря),
но изменяются радиационные пояса Земли, усиливаются корпускулярные потоки
в зоне полярных сияний и т. д. При этом происходит также дополнит, разогревание
верхней атмосферы и изменяются условия ионизации И. В свою очередь, изменения
И. и движения в ней влияют на вариации геомагнитного поля и др. явления
в верхней атмосфере.
ионосферных слоев. Закономерности изменения параметров И. - степень ионизации
или n
по высоте концентрации и состава нейтральных частиц верхней атмосферы.
наблюдаются наиболее низкие n
(рис. 2). В этой области И. из-за высокой концентрации молекул, а следовательно,
и высокой частоты столкновения с ними электронов происходит наиболее сильное
поглощение радиоволн, что иногда приводит к прекращению радиосвязи. Здесь
же, как в волноводе, распространяются длинные и сверхдлинные радиоволны.
От всей остальной части И. область D отличается тем, что наряду с положит,
ионами в ней наблюдаются отрицат. ионы, к-рые определяют MH. свойства области
D. Отрицат. ионы образуются в результате тройных столкновений электронов
с нейтральными молекулами O
больше, чем электронов. Уничтожаются отрицат. ионы при взаимной нейтрализации
с положит, ионами. T. к. этот процесс очень быстрый, то именно им объясняется
довольно высокий эффективный коэфф. рекомбинации, к-рый наблюдается в области
D.
ото дня к ночи в области D концентрация электронов n
раньше считали, что ночью слой D исчезает. В момент солнечных вспышек на
освещённой Солнцем земной поверхности сильно возрастает интенсивность рентгеновского
излучения, увеличивающая ионизацию области D, что приводит к увеличению
поглощения радиоволн, а иногда даже к полному прекращению радиосвязи, -
т. н. внезапное ионосферное возмущение (Делинджера эффект). Продолжительность
таких возмущений обычно 0,3- 1,5 часа. Более длительные и более значительные
поглощения бывают на высоких широтах (т. н. поглощения в полярной шапке
- ППШ). Повышенная ионизация тут вызывается солнечными космич. лучами (в
основном протонами с энергией в неск. Мэв), которые способны проникнуть
в атмосферу только в районе геомагнитных полюсов (полярных шапок), т. е.
там, где магнитные силовые линии не замкнуты. Длительность явлений ППШ.
достигает иногда неск. дней.
на высотах 100-200 км. включающая слои E и Fi, отличается наиболее регулярными
изменениями. Это обусловлено тем, что именно здесь поглощается осн. часть
коротковолнового ионизующего излучения Солнца. Фотохимич. теория, уточняющая
теорию простого слоя ионизации, хорошо объясняет все регулярные изменения
n
125-160 км величина n
103 см-3. О природе источника ночной ионизации в
области E мнения расходятся.
областей D к Б часто наблюдают кратковременные необычайно узкие слои повышенной
ионизации (т. н. спорадические слои Es),< состоящие в основном из
ионов металлов Mg+, Fe+, Ca+ и др. За
счёт Es возможно дальнее распространение телевизионных передач. Признанной
теорией образования слоев Es является т. н. теория "ветрового сдвига",
по к-рой в условиях магнитного поля движения газа в атмосфере "сгоняют"
ионы к области нулевой скорости ветра, где и образуется слой E
ионов O+ становится больше 50% выше уровня 170-ISO км днём и
выше 215-230 км утром, вечером и ночью. Выше и ниже этого уровня условия
образования И. совершенно различны. Так, днём в области максимума ионизации
коротковолновым излучением Солнца, когда он расположен ниже этого уровня,
образуется слой F
летом и в основном при низкой активности Солнца, а в максимуме активности
зимой он вообще не наблюдается. Выше указанного уровня создаются благоприятные
условия для образования области F
максимума ионизации, или области F, является очень сложным, оно коренным
образом отличается от поведения областей E и F
зависит от широты, сезона и даже долготы. Сезонной аномалией наз. необычное
увеличение n
n
(экваториальная или геомагнитная аномалия). В период восхода Солнца оба
максимума начинают расходиться, перемещаясь в более высокие широты, и быстро
исчезают, в то время как на экваторе образуется новый максимум. На высоких
широтах также обнаружено необычное поведение области F п, в частности,
образование узкой зоны пониженной ионизации, идущей параллельно зоне полярных
сия-
повышенная ионизация. Всё это говорит о том, что, помимо солнечного излучения,
изменения п, в области F определяются рядом геофизич. факторов.
максимума И. (hmaxF) в средних широтах Северного полушария изменяется
в течение суток сложным образом (рис. 4), глубоко спускаясь утром и достигая
максимума вблизи полуночи. Высота слоя F зимой ниже (кривая I), чем летом
(кривая II), а при высокой активности Солнца (кривая III) выше, чем при
низкой (кривые I и II).
высоты максимума области F в течение дня по ракетным данным: I и Il - зима
и лето при низкой активности Солнца; III - при высокой активности Солнца.
время была развита новая теория образования области F, учитывающая действие
амбиполярной диффузии, к-рая объяснила многие особенности -области F и
в т. ч. осн. аномалию - образование максимума n
выше вариации высоты слоя F она связывает с изменением в течение дня интенсивности
"ионизации и температуры атмосферы. Существование слоя F ночью объясняется
притоком ионов сверху, из лротоносферы, где они накапливаются в течение
светлой части дня. Из-за различия механизма образования высота слоя ночью
выше, чем днём.
в изменении верхней части И., расположенной над максимумом области F, повторяют
суточный ход и глобальное распределение n
концентрации ионов с высотой происходит по барометрической формуле. При
этом с увеличением высоты возрастает доля более лёгких ионов. Поэтому преобладание
ионов O+ в области F сменяется днём выше 1000 км преобладанием
ионов H+ (протоносфера). Ночью в связи с понижением темп-ры
протоносфера опускается до высот - 600 км. В верхней части И. по направле-лию
к высоким широтам обнаружен рост доли тяжёлых ионов на данной высоте, что
аналогичным образом связывается " наблюдаемым ростом темп-ры. Однако поведение
И. в полярных областях пока полностью не объяснено.
заряженных частиц в И. приводят к возникновению турбулентных неоднородностей
электронной концентрации. Причины их возникновения - флуктуация ионизующего
излучения и непрерывное вторжение в атмосферу метеоров, образующих ионизированные
следы. Движение ионизованных масс и турбулентность И. влияют на распространение
радиоволн, вызывая замирание.
продолжает развиваться в двух направлениях - с точки зрения её влияния
на распространение радиоволн и исследования физико-химич. процессов, происходящих
в ней, что привело к рождению новой науки - аэрономии. Совр. теория позволила
объяснить и распределение ионов с высотой, и эффективный коэфф. рекомбинации.
Ставится задача построения единой глобальной динамич. модели И. Осуществление
такой задачи требует сочетания теоретич. и лабораторных исследований с
методами непосредственных измерений на ракетах и спутниках и систсматич.
наблюдений И. на сети наземных станций.
В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, M., 1960; Альперт
Я. Л., Распространение радиоволн и ионосфера, M., 1960; Данилов А. Д.,
Химия, атмосфера и космос, Л., 1968; Ратклиф Дж.А., Уикс К., Ионосфера,
в сб.: Физика верхней атмосферы, пер. с англ., M., 1963, с. 339-418; Николе
M., Аэрономия, пер. с англ.. M., 1964; Исследования верхней атмосферы с
помощью ракет и спутников, пер. с англ., M., 1961; Распределение электронной
концентрации в ионосфере и экзосфере. Сб. докладов, пер. с англ., M., 1964;
Электронная концентрация в ионосфере и экзосфере. Сб. статей, пер. с англ.,
M., 1966; Распределение электронов в верхней атмосфере, пер. с англ., M.,
1969; Данилов А. Д.,Химия ионосферы, Л., 1967; Ионосферные процессы, под
ред. В. E. Степанова, Новосиб., 1968; Уиттен P. К. иПоппов И. Д., Физика
нижней ионосферы, пер. с англ., M., 1968; Иванов-Холодный Г. С. и Никольский
Г. M-, Солнце и ионосфера, M., 1969. Г. С. Иванов-Холодный.