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

Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
«Очень талантливый прощелыга»: почему КиберДед попал под санкции США «Очень талантливый прощелыга»: почему КиберДед попал под санкции США

Какую реальную угрозу КиберДед представляет для США

Forbes
Цифровая лихорадка Цифровая лихорадка

Наиболее интересные выступления из конференции CG Event

Популярная механика
Планета людей Планета людей

Там, где она бывает, в домах топятся печи и сохнет шерсть, а хозяева пекут хлеб

Seasons of life
Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии

Установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике

Наука и жизнь
Во сколько пойдет дождь и когда сажать рододендрон: необычные прогнозы Яндекс Погоды Во сколько пойдет дождь и когда сажать рододендрон: необычные прогнозы Яндекс Погоды

Интересные версии прогнозов из Яндекс Погоды

CHIP
Уродливая Вселенная Уродливая Вселенная

Как концепция «прекрасного мироздания» вредит науке

Вокруг света
Отек лица по утрам Отек лица по утрам

5 способов избавиться от отека лица дома и у косметолога

Лиза
Как картины и фотографии усиливают эффект пропаганды и создают мифы о правителях Как картины и фотографии усиливают эффект пропаганды и создают мифы о правителях

Глава из книги «Взгляд историка: как фотографии и изображения создают историю»

Forbes
Энергетическая революция: ученые создают накопители энергии на сверхпроводниках Энергетическая революция: ученые создают накопители энергии на сверхпроводниках

Ученые разрабатывают революционные накопители энергии нового типа

ТехИнсайдер
Взрослые — это теперь мы. Как не бояться и получать удовольствие Взрослые — это теперь мы. Как не бояться и получать удовольствие

Как меняется жизнь в тот момент, когда понимаешь, что взрослый — это ты сам?

РБК
Велимир Хлебников Велимир Хлебников

Велимир Хлебников: поэт, умер в 1922 году

Правила жизни
Британцы — алкоголики? Каждый выпивает примерно 10 литров в год, но цифра снижается Британцы — алкоголики? Каждый выпивает примерно 10 литров в год, но цифра снижается

Британцы много пьют? С чем это связано?

Maxim
8 легендарных «голых платьев» звезд — от Мэрилин Монро до Рианны 8 легендарных «голых платьев» звезд — от Мэрилин Монро до Рианны

Рассказываем о самых известных нарядах, которые открывали больше, чем скрывали

Правила жизни
Сладкая наука Сладкая наука

Наука бокса заключается не только в том, чтобы быстро двигаться и наносить удары

Вокруг света
Как говорить, чтобы партнер понял? 5 советов из психологической практики Как говорить, чтобы партнер понял? 5 советов из психологической практики

Как вести диалог с любимым человеком, чтобы избежать недопонимания и конфликтов?

Psychologies
Физика в НИИ Черногорье Физика в НИИ Черногорье

Большой и подробный разбор досок из Black Mesa — ремейка оригинального Half-Life

N+1
Помощь недруга Помощь недруга

Как план Маршалла и отказ СССР от участия в нем привели к Холодной войне

Weekend
Юаневые бонды Юаневые бонды

Каковы риски облигаций, номинированных в китайской валюте

Деньги
Исследование «Мультивселенных» поможет найти лучшие условия для жизни Исследование «Мультивселенных» поможет найти лучшие условия для жизни

Наша Вселенная — это весь мир или может существовать что-то большее?

ТехИнсайдер
Ангорский кролик: даст фору любым котикам Ангорский кролик: даст фору любым котикам

Немного об ангорских кроликах, которые "утрут нос" вашим любимым интернет-героям

ТехИнсайдер
Люди больше доверяют игрушечному роботу, чем антропоморфному Люди больше доверяют игрушечному роботу, чем антропоморфному

Почему людей так напрягают антропоморфные роботы?

ТехИнсайдер
10 самых ядовитых змей на планете 10 самых ядовитых змей на планете

Мы инстинктивно боимся змей, и это не зря!

ТехИнсайдер
Генеральная уборка без нервов: 7 способов, как отбелить тюль в домашних условиях и без лишних трат Генеральная уборка без нервов: 7 способов, как отбелить тюль в домашних условиях и без лишних трат

7 вариантов чистки штор, которые спасут ваши нервы!

ТехИнсайдер
Состав черной краски на керамике связали с влиянием империи Уари Состав черной краски на керамике связали с влиянием империи Уари

Империя Уари оказывала влияние на перуанские долины Хекетепеке, Наска и Мокегуа

N+1
Очень выносливый механизатор Очень выносливый механизатор

Беспилотные комбайны и трактора могут появиться на полях

ТехИнсайдер
Как компакт-диски стали самой наглой аферой шоу-бизнеса Как компакт-диски стали самой наглой аферой шоу-бизнеса

Факты, которые мы вспомнили на 40-летний юбилей первого CD

Maxim
5 ошибок при зарядке телефона: они убивают аккумулятор за пару недель 5 ошибок при зарядке телефона: они убивают аккумулятор за пару недель

Как испортить зарядку своего телефона?

ТехИнсайдер
Как грибы спасут человечество, когда погаснет Солнце: стратегии выживания на случай ядерной зимы Как грибы спасут человечество, когда погаснет Солнце: стратегии выживания на случай ядерной зимы

Стратегии, которые помогут человечеству выжить, если Солнце погаснет

ТехИнсайдер
«В душе я обыватель» «В душе я обыватель»

Петр Тодоровский о своем фильме «Здоровый человек»

Weekend
Открыть в приложении