§ 2. Ионосфера

Ионосферой называется совокупность ионизированных областей верхних слоев атмосферы.

Ионосфера обладает электропроводностью, которая обусловлена наличием свободных электрических зарядов в верхних слоях атмосферы. Эти заряды появля­ются в результате воздействия солнечной энергии на молекулы газов, входящих в состав атмосферы. При этом молекулы газов расщепляются на положительно заря­женные ионы и отрицательно заряженные электроны. Указанный процесс называет­ся ионизацией. При столкновении свободных электронов с ионами происходит обратный процесс: электроны соединяются с ионами, образуя нейтральные молекулы.

Количество свободных электронов, содержащихся в единице объема воздуха называется степенью ионизации.

Поскольку процесс ионизации является следствием деятельности солнца, то степень ионизации изменяется в зависимости от времени суток и времен года. С на­ступлением темноты степень ионизации атмосферы постепенно снижается, а днем опять повышается.

Кроме того, на процесс ионизации оказывает существенное влияние 11-летний цикл солнеч­ной активности. Последний пик солнечной активности наблюдался в 2001 году. Степень ионизации атмосферы неравномерна и меняется в зависимости от высоты. В нижних слоях атмосферы ионизируется лишь незначительная часть газов, входящих в ее состав. Это объясняется тем, что солнечная энергия доходит до нижних слоев ослабленной, а высокая плотность атмосферы способствует частым взаимным столкнове­ниям электронов с ионами и воссоединению их в нейтральные молекулы.

Верхние слои атмосферы имеют более высокую степень ионизации, чем нижние, т. к. в них интенсивность солнечной радиации достаточно велика, а частота взаимных столкновений свободных электронов с ионами незначительна ввиду силь­ной разреженности воздуха.

В ионосфере существуют несколько легко различимых областей с повышен­ной степенью ионизации, условно называемых слоями:

Ближайший к Земле ионосферный слой расположен на высоте 50 – 90 км. Этот слой имеет условное обозначение "D". Слой "D" существует только в дневное время и обладает наименьшей степенью ионизации по сравнению с другими слоями.

На высоте около 120 км расположен слой "Е". Степень ионизации слоя "Е" выше, чем слоя "D".

На высоте 200 – 400 км расположен слой "F" с самой высокой степенью ио­низации. В дневные часы, когда на атмосферу действует солнечное излучение, этот слой разделяется на два слоя:

• слой "F1", расположенный на высоте около 200 км;

• слой "F2", расположенный на высоте 300 – 400 км.

Порядок расположения ионосферных слоев относительно Земли показан на рис. 3.5.4, а график относительного изменения степени ионизации N в зависимости от высоты h – на рис. 3.5.5.

Рис. 3.5.4. Расположение слоев ионосферы

Рис. 3.5.5. Зависимость степени ионизации атмосферы

от высоты в дневное и ночное время