Как ионосфера взаимодействует с другими геосферными оболочками?

Наука и жизньНаука

Ионосфера: между космосом и землёй

Извержение вулкана Хунга, снятое камерой беспилотника. Источник: Tonga Geological Services

Ионосферу обнаружили не так уж давно, около ста лет назад. Хотя само предположение о существовании высокопроводящего атмосферного слоя высказал в 1839 году Карл Фридрих Гаусс, экспериментальные доказательства того, что вокруг Земли есть содержащая заряженные частицы оболочка, влияющая на радиосвязь, получили лишь в начале XX века*. Потом целая плеяда физиков занималась формированием современных представлений о структуре этого слоя. Сейчас внимание исследователей сфокусировано на взаимодействии ионосферы с другими геосферными оболочками.

* См. статью «Зачем греют небо. Мифы и правда», «Наука и жизнь» № 8, 2013 г.

Слово — доктору физико-математических наук Сергею Шалимову, заведующему лабораторией физики межгеосферных процессов Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта.

Беседу ведёт Наталия Лескова.

Сергей Львович Шалимов.

— Сергей Львович, вы занимаетесь исследованиями процессов в ионосфере. Почему важно их изучать?

— Ионосфера — это верхняя часть атмосферы, газовой оболочки Земли. Она ионизована солнечным излучением, то есть помимо нейтральных атомов и молекул там есть электроны и ионы, отсюда и её название. По сути, это плазменная оболочка Земли.

Ионосфера начинается там, где ионизация уже влияет на распространение радиоволн: может происходить их отражение и преломление в плазме, а также рассеяние на неоднородностях электронной плотности. А у нас все коммуникации, вся связь построены на радиоволнах разного диапазона. В частности, через ионосферу проходят сигналы спутников глобальной навигационной системы. Несмотря на то, что частоты этих сигналов достаточно высокие и ионосфера влияет на них не так сильно, тем не менее она вносит свой вклад в распространение сигнала.

Нижняя часть ионосферы — это слабо ионизованная плазма. Если же подняться повыше, то мы обнаружим чисто плазменную оболочку, практически не содержащую нейтральных частиц. Там царят исключительно электроны и ионы, погружённые в геомагнитное поле. Это магнитосфера — магнитная оболочка Земли. Магнитное поле, которое генерируется в жидком ядре планеты, на поверхности близко к дипольному полю, то есть к полю обычного магнита. Представим, что такой магнит находится где-то близко к центру Земли, и тогда получится, что силовые линии магнитного поля выходят из одного полюса и входят в другой. Именно это дипольное поле обеспечивает защиту планеты от корпускулярных потоков солнечного ветра. Магнитная оболочка не даёт солнечному ветру проникнуть в нижние слои атмосферы, он как бы обтекает Землю. Вместе магнитосфера и нижележащая часть ионосферы защищают нас и от солнечной радиации, и от солнечного ветра. Основная часть жёсткой радиации поглощается именно в ионосфере. Это поглощение и приводит к ионизации атомов и молекул, то есть, собственно, и создаёт ионосферу.

Искажение сигналов со спутника из-за неоднородности ионосферы. Источник: AFRL, NASA (с изменениями)

— А как же озон, в чём его защитная роль?

— Озон, слой которого располагается в атмосфере ниже ионосферы, поглощает часть ультрафиолета, относительно жёсткую его составляющую. Но по сравнению с ионосферой — это немного.

— Что даёт изучение ионосферы на практике?

— Изучая ионосферу, определяют концентрацию заряженных частиц, получают полное электронное содержание и его вариации. А они говорят о том, какая ионосфера в данный момент над нами. В зависимости от того, что там происходит, мы можем, например, сказать, устойчива связь или нет. Есть примеры, когда неоднородности электронной плотности в ионосфере влияли на устойчивость радиосвязи. Если в верхней ионосфере образовалась дыра с резкими границами (имеется в виду область с пониженной электронной концентрацией), то на этих границах, согласно законам физики плазмы, генерируется плазменная турбулентность, которая приводит к мелкомасштабным неоднородностям электронной плотности — метровым, сантиметровым.И они очень сильно влияют на высокочастотные радиосигналы, рассеивая их. А, скажем, отсутствие связи в критические моменты может приводить и к трагическим последствиям.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Пассажир на гиперзвуке Пассажир на гиперзвуке

Первый в истории самолет, который обещает преодолеть скорость звука на водороде

ТехИнсайдер
Не суперъяхтами едиными Не суперъяхтами едиными

Долой вредные стереотипы! Они мешают жить

Y Magazine
Заповедник: остров в море цивилизации Заповедник: остров в море цивилизации

Какую роль научная работа играет в жизни заповедников

Наука и жизнь
Почему финансовые маневры Binance до боли напоминают последние махинации FTX Почему финансовые маневры Binance до боли напоминают последние махинации FTX

Придумывать правила на рынке крупнейшей в мире криптобирже легче на ходу

Forbes
Королевский детектив Королевский детектив

В 1694 году Филипп Кристоф фон Кёнигсмарк вошёл во дворец Эрнста Августа

Дилетант
Вы будете удивлены: почему кошки мнут нас лапками, спят в лотке, а потом усаживаются на лицо? Вы будете удивлены: почему кошки мнут нас лапками, спят в лотке, а потом усаживаются на лицо?

Если ваш кот постоянно поворачивается к вам задом, то вы счастливый человек!

ТехИнсайдер
Про пчелиную кадриль и муравьиную демократию Про пчелиную кадриль и муравьиную демократию

Муравью важнее всего сила духа — и это отнюдь не метафора

Наука и жизнь
Вспоминаем Саманту Смит — девочку, которая всполошила весь СССР своим приездом Вспоминаем Саманту Смит — девочку, которая всполошила весь СССР своим приездом

Как Саманта Смит посетила СССР в апогей холодной войны и ядерной паранойи

Maxim
От «Спрута» к «Медузе» От «Спрута» к «Медузе»

«Тень Караваджо»: Микеле Плачидо размышляет о гении и свободе

Weekend
О чем на самом деле мистический детектив «Детектор» О чем на самом деле мистический детектив «Детектор»

«Детектор» Костаса Марсаана — современный мистический триллер

СНОБ
«Некрасивых женщин не бывает…»: как связаны алкоголь и сексуализированные преступления «Некрасивых женщин не бывает…»: как связаны алкоголь и сексуализированные преступления

Почему большинство преступлений совершается именно под действием алкоголя?

Psychologies
Взлетевшая ракета и напечатанный чизкейк: как 3D-печать меняет производство Взлетевшая ракета и напечатанный чизкейк: как 3D-печать меняет производство

Как 3D-печать проникает в самые разные индустрии

Forbes
Созависимые отношения: 5 главных мифов — узнайте правду Созависимые отношения: 5 главных мифов — узнайте правду

Психотерапевт разбирает мифы, связанные с созависимыми отношениями

Psychologies
В погоне за опытом: как сегодня путешествуют по России В погоне за опытом: как сегодня путешествуют по России

Почему россияне предпочитают Камчатку, Алтай и Таймыр поездкам за границу?

Forbes
Тунцовые фермы и тайский бокс: WSJ рассказала о жизни Джека Ма после отъезда из Китая Тунцовые фермы и тайский бокс: WSJ рассказала о жизни Джека Ма после отъезда из Китая

Как живет миллиардер Джек Ма после отъезда из Китая

Forbes
Ставка на ценность: как покорить биржу акциями скучных компаний Ставка на ценность: как покорить биржу акциями скучных компаний

Для фондового менеджера Клиффорда Аснесса настал час возмездия

Forbes
Самый большой и самый маленький астероиды Солнечной системы: какой сможет уничтожить планету? Самый большой и самый маленький астероиды Солнечной системы: какой сможет уничтожить планету?

Откуда возникают астероиды и что влияет на их размер?

ТехИнсайдер
Отрывок из дебютного романа Салли Пейдж «Хранительница историй» Отрывок из дебютного романа Салли Пейдж «Хранительница историй»

Уборщица Дженис собирает истории — они складываются обрывков разговоров

СНОБ
Адреналина и зрелищ: самые экстремальные экологичные гонки Адреналина и зрелищ: самые экстремальные экологичные гонки

Что будет, если скрестить «дакар» и ралли-кросс на машинах с электродвигателями?

ТехИнсайдер
И хочется, и надо, но лень не дает... И хочется, и надо, но лень не дает...

14 нескучных мотиваций для похудения

Лиза
Время глобальной эмпатии: Александр Алексеев — о развитии креативных коммуникаций в России Время глобальной эмпатии: Александр Алексеев — о развитии креативных коммуникаций в России

Об актуальных трендах креативных коммуникаций и достижениях в сфере рекламы

СНОБ
Автофикшн: 5 лучших книг для знакомства с жанром Автофикшн: 5 лучших книг для знакомства с жанром

Подборка книг для погружения в автофикшн

Maxim
5 захватывающих книг в духе «Одни из нас» 5 захватывающих книг в духе «Одни из нас»

Книги с пробирающей атмосферой постапокалипсиса

Maxim
«Мой ребенок прекрасен!»: 82-летний Роберто Кавалли стал отцом в шестой раз «Мой ребенок прекрасен!»: 82-летний Роберто Кавалли стал отцом в шестой раз

Бывшая шведская модель Playboy сделала Роберто Кавалли отцом в шестой раз

VOICE
Быть в фокусе Быть в фокусе

6 первых признаков снижения зрения

Лиза
От черной комедии до религиозного хоррора: что смотреть с Дженнифер Лоуренс От черной комедии до религиозного хоррора: что смотреть с Дженнифер Лоуренс

Собрали для вас несколько фильмов с Лоуренс, помимо «Голодных игр» и «Людей X»

Правила жизни
Как люди отреагировали на смерть Сталина? Прочтите эти воспоминания! Как люди отреагировали на смерть Сталина? Прочтите эти воспоминания!

Тревога, радость и всенародное горе — как люди восприняли кончину Сталина

ТехИнсайдер
5 популярных фильмов и сериалов, которые зародились в YouTube 5 популярных фильмов и сериалов, которые зародились в YouTube

Сериалы по мотивам видеоблогов — самое спорное достижение цивилизации

Maxim
Когнитивный невролог Сара Мэннинг Пескин: «Истории о том, как ломается мозг» Когнитивный невролог Сара Мэннинг Пескин: «Истории о том, как ломается мозг»

Сара Мэннинг Пескин рассказывает об уязвимости человеческого мозга

СНОБ
10 самых сексуальных женщин-роботов в кино 10 самых сексуальных женщин-роботов в кино

Красавицы на микрочипах поджидают тебя в лучших фантастических фильмах

Maxim
Открыть в приложении