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

Вести из экспедиций Вести из экспедиций

Земляные кирпичи раскрыли состав древних почв и другие вести из экспедиций

Наука и жизнь
Все, везде и после Все, везде и после

Как «Рожденные в СССР» зафиксировали конец Холодной войны

Weekend
Как возникают и гибнут опухолевые клетки Как возникают и гибнут опухолевые клетки

Механизм возникновения и гибели опухолевых клеток

Наука и жизнь
Взлёты и падения. Особенности создания чешского внедорожника Взлёты и падения. Особенности создания чешского внедорожника

В этот раз мы поговорим о создании внедорожника ŠKODA

4x4 Club
Слон арктической породы Слон арктической породы

Уже через несколько лет биологи обещают показать первого живого мамонтенка

ТехИнсайдер
Чем рыбный жир отличается от рыбьего и какой из них полезнее? Чем рыбный жир отличается от рыбьего и какой из них полезнее?

Чем отличаются рыбий и рыбный жир и какова их польза для нашего организма?

ТехИнсайдер
Гавриил Гордеев, продюсер по оригинальному контенту Okko: Мы формируем отношение россиян к отечественным кино и сериалам Гавриил Гордеев, продюсер по оригинальному контенту Okko: Мы формируем отношение россиян к отечественным кино и сериалам

Продюсер по оригинальному контенту Okko — о рецепте создания хита

СНОБ
11 главных химических элементов, из которых состоит наше тело 11 главных химических элементов, из которых состоит наше тело

Человек — это на 99% кислород, водород, азот, углерод, кальций и фосфор!

ТехИнсайдер
В гроб за лайки: самые нелепые смерти блогеров В гроб за лайки: самые нелепые смерти блогеров

Чтобы удивить подписчиков, блогеры и эксперты из соцсетей готовы на многое

VOICE
Из чего сделаны наши девчонки: 11 фильмов о сильных женщинах Из чего сделаны наши девчонки: 11 фильмов о сильных женщинах

Фильмы о сильных женщинах: от смелости и выносливости до оголтелой мстительности

Правила жизни
«Разговоры с психологом о сокровенном». Отрывок из книги «Разговоры с психологом о сокровенном». Отрывок из книги

О потаенных желаниях, в которых людям сложно признаться себе

СНОБ
ELSEA: «Не хочу быстрой популярности» ELSEA: «Не хочу быстрой популярности»

ELSEA рассказала о себе и своих первых шагах в музыке

ЖАРА Magazine
Полуподводный флот Полуподводный флот

Полупогружные транспортные суда: новое для российского судостроения направление

ТехИнсайдер
Чем опасны искусственные подсластители: 6 страшных последствий для здоровья Чем опасны искусственные подсластители: 6 страшных последствий для здоровья

Думаете, если заменить обычную колу на диетическую, вы сможете похудеть?

ТехИнсайдер
Отложенный успех: как Брендан Фрейзер вернулся в большое кино и выиграл «Оскар» Отложенный успех: как Брендан Фрейзер вернулся в большое кино и выиграл «Оскар»

Как Брендан Фрейзер вернулся в большое кино после более десятилетнего перерыва

Forbes
Стыдно признаться Стыдно признаться

За последние 15 лет распространенность «неприятных» инфекций выросла в 15 раз!

Лиза
Компания амазонок Компания амазонок

Как, прежде чем массово встать к станку, женщины XX века встали к мольберту

Правила жизни
10 фильмов с одним актером (ну почти) 10 фильмов с одним актером (ну почти)

Кинотеатр одного актера

Maxim
Как Савва Мамонтов привил публике любовь к русской опере Как Савва Мамонтов привил публике любовь к русской опере

Как Савва Мамонтов открыл известных певцов и дирижеров

Культура.РФ
Северная легкость и южная сочность: гид по армянским винам Северная легкость и южная сочность: гид по армянским винам

Как выбирать армянские вина

СНОБ
Навстречу новой жизни Навстречу новой жизни

Как разлюбить человека, если отношения зашли в тупик

Лиза
Кризис выпускника: 8 советов тем, чья студенческая жизнь подходит к концу Кризис выпускника: 8 советов тем, чья студенческая жизнь подходит к концу

Что же происходит с человеком, чья университетская жизнь близится к завершению?

Psychologies
Цветоделение пространства Цветоделение пространства

Небольшая квартира с европейским минимализмом и сочными цветами в отделке

Идеи Вашего Дома
Что почитать в ожидании нового сезона «Ведьмака»? Что почитать в ожидании нового сезона «Ведьмака»?

Книги, так или иначе напоминающие «Ведьмака»

Maxim
6 книг, чтобы начать разбираться в музыке 6 книг, чтобы начать разбираться в музыке

Книги, которые помогут взглянуть на музыкальный мир увлеченным взглядом

СНОБ
Художественное конструирование Художественное конструирование

О тонкости кишки искусственного интеллекта

Автопилот
Как появляется нелюбовь к телу: 3 неочевидные причины — объяснение фитнес-тренера Как появляется нелюбовь к телу: 3 неочевидные причины — объяснение фитнес-тренера

Фитнес-тренер рассуждает о том, откуда берется нелюбовь к собственному телу

Psychologies
Переложение для восьми волосов Переложение для восьми волосов

Генетики хотели разобраться со здоровьем Бетховена, но уперлись в генеалогию

N+1
Почему жестокий партнер вдруг изменился: 3 причины — не поддавайтесь манипуляции Почему жестокий партнер вдруг изменился: 3 причины — не поддавайтесь манипуляции

Партнер неожиданно сменил гнев на милость?

Psychologies
«Советская повседневность» «Советская повседневность»

Отрывок из книги «Советская повседневность: нормы и аномалии»

N+1
Открыть в приложении