Ионосфера

Гипотеза о существовании проводящего слоя в верхней атмосфере была высказана английским ученым Стюартом в 1878 г., в 1902 г. Кеннеди в США и Хевисайд в Англии предположили существование в высоких слоях атмосферы области с большой проводимостью для объяснения распространения радиоволн на большие расстояния. В 1925 г. английские исследователи Эпплтом и Барнет впервые экспериментально доказали существование областей, отражающих радиоволны, и положили начало их систематическому изучению.

Ионосферой мы называем ионизированную область земной атмосферы, начиная с высот порядка 60 км. Верхняя граница ионосферы не определяется четко, примерно на высотах в несколько тысяч км происходит плавный переход в плазмосферу или плазменные слои магнитосферы.
Основные источники ионизации земной атмосферы - ультрафиолетовое излучение Солнца, мягкое рентгеновское излучение, солнечной короны, и корпускулярные потоки, солнечного, галактического и магнитосферного происхождения.


ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ Космические излучения по типу делятся на корпускулярные и волновые (электромагнитные). По происхождению на галактические, солнечные и магнитосферные.
Воздействия могут приводить к изменению параметров ионосферы и вызывать специфические процессы (полярные сияния, электроджет, пульсации) в различных слоях ионосферы. Эти процессы, в свою очередь, могут воздействовать на другие природные факторы, например, на климат и биосферу Земли, на радиосвязь, навигацию и ряд других процессов прикладного значения.
Воздействия могут быть непрерывными, модулированными (например, суточной волной) или иррегулярными, внезапными. За исключением вспышечных всплесков рентгеновского излучения от Солнца, вызывающего эффект Кроше в магнитном поле и в ионосфере внезапные возмущения типа SID, все прочие иррегулярные воздействия вызываются корпускулярным излучением.

Справа: примерная глубина проникновения частиц различных типов как функция их энергии. 1 - рентгеновское излучение, 2 - электроны, 3 - протоны, 4 - альфа частицы,
Слева: скорость ионизации космическими лучами в период максимума (1) и минимума (2) солнечной активности и солнечными протонами в июле 1982 г. (3), июле 1959 г. (4), августе 1972 г. (5).

Скорость ионизации ( число актов ионизации в секунду в единичном объеме ) заряженными частицами на высоте h равна:

где W - средняя энергия, необходимая для образования одной ионной пары (Wi ~ 35 эв); dI/dE - дифференциальный поток частиц в единицах (см2.с.эВ)^-1; ρ(z) - массовая плотность на высоте z, dE/dx -энергетические потери частицы в единицах см².эВ.г^-1.

Ионосферные слои - области максимумов концентрации свободных электронов в единице объема.



F - 180-300 км
Е - 100-120 км; (см. Е-спорадический)
D - 60-70 км;

Слои D и Е лишь частично ионизированы, концентрация нейтральных атомов намного превышает концентрацию свободных электронов.
Слой F в верхней части приближается к полной ионизации.


Наиболее распространенные методы иследования ионосферы - изучение распространения радиоволн на разных трассах, ионозонды, риометры, установки (радары) некогерентного рассеяния радиоволн, прием сигналов со спутников (томография), нагревные стенды.

Статьи по ионосфере на СиЗиФе

Бахметьева Н.В., В.В. Беликович,Л.М. Каган, А.А. Понятов, А.В. Толмачева	Исследование атмосферы Земли методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы	pdf, СОЖ, ?4, 71-77, 1998
Ерухимов Л.М.	Ионосфера Земли как космическая плазменная лаборатория	pdf, ЕСТНИК РФФИ ? 3 (53) май-июнь 2007
Успенский М.В.	Анизотропное (ракурсное) рассеяние укв радиоволн	Обзор для СиЗиФа