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

Жизнь под буквами Жизнь под буквами

Населенные пункты с самыми длинными названиями, состоящими из одного слова

Вокруг света
«Зачем ты позволила ему?»: почему матери предпочитают не замечать насилие мужей над детьми «Зачем ты позволила ему?»: почему матери предпочитают не замечать насилие мужей над детьми

Почему матери не верят детям, когда те говорят им о насилии?

Psychologies
Странная принцесса Странная принцесса

Жизнь принцессы Александры Ольденбургской стала основой для жития святой

Дилетант
Квартира 22 Квартира 22

История о современной мусульманской женщине — той, что носит дизайнерскую одежду

Seasons of life
Биоспелеология: что ищут биологи в пещерах Биоспелеология: что ищут биологи в пещерах

Какая фауна обитает в пещерах?

Наука и жизнь
Они вернулись! Они вернулись!

В Дюссельдорф вернулось почти забытое ощущение яхтенного праздника

Y Magazine
Лечить нельзя исправить Лечить нельзя исправить

Можно ли редактировать геном людей?

ТехИнсайдер
Твой камень-талисман по знаку зодиака Твой камень-талисман по знаку зодиака

Хочешь привнести волшебство в свою жизнь и обзавестись талисманом на удачу?

VOICE
Обратная сторона комплиментов: что не стоит говорить — 5 запрещенных приемов Обратная сторона комплиментов: что не стоит говорить — 5 запрещенных приемов

Как правильно подчеркнуть уникальность человека?

Psychologies
Невозможное возможно Невозможное возможно

10 страхов, которые мешают тебе добиться успеха в карьере

Лиза
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
Не до секса: почему в трудные времена пропадает желание и как его вернуть Не до секса: почему в трудные времена пропадает желание и как его вернуть

Какую роль в сексе играет чувство безопасности и как настроиться на близость?

Psychologies
«Мини-юбка — провокация?»: что на самом деле значит одежда — разбор с психологами «Мини-юбка — провокация?»: что на самом деле значит одежда — разбор с психологами

О чем же говорит наш выбор одежды?

Psychologies
И ты, бот: почему в утечке данных пользователей ChatGPT нет ничего удивительного И ты, бот: почему в утечке данных пользователей ChatGPT нет ничего удивительного

OpenAI сообщила об утечке персональных данных пользователей чат-бота ChatGPT

Forbes
10 самых ядовитых змей на планете 10 самых ядовитых змей на планете

Мы инстинктивно боимся змей, и это не зря!

ТехИнсайдер
Бьюти-буллинг: кто заставляет женщин ненавидеть свою внешность Бьюти-буллинг: кто заставляет женщин ненавидеть свою внешность

В чем причины возникновения бьюти-буллинга?

Forbes
За какой незарегистрированный тюнинг накажет ГИБДД. Об этом нужно знать За какой незарегистрированный тюнинг накажет ГИБДД. Об этом нужно знать

Список изменений в автомобилях, которые обязательно нужно регистрировать в ГИБДД

РБК
Ходим парой Ходим парой

Почему женская дружба может быть одной из самых важных вещей на свете

Лиза
Стоит ли смотреть третий сезон «Мандалорца»? Аргументы за и против для самых преданных фанатов Стоит ли смотреть третий сезон «Мандалорца»? Аргументы за и против для самых преданных фанатов

Почему у нас все же много надежд на сериал «Мандалорец»?

Правила жизни
Ложимся на крыло? Ложимся на крыло?

Парусные суперъяхты могли бы легко решить проблему декарбонизации

Y Magazine
Наталья Варлей: «Что меня держит на этой земле? Любовь» Наталья Варлей: «Что меня держит на этой земле? Любовь»

«Из этой девочки может получиться новая Любовь Орлова»

Коллекция. Караван историй
Как пчелы делают мед: все секреты процесса получения природного десерта Как пчелы делают мед: все секреты процесса получения природного десерта

Мы все очень любим этот продукт, однако как пчелам удается его получить?

ТехИнсайдер
Лира в руках Орфея: неожиданные смыслы древнегреческих мифов Лира в руках Орфея: неожиданные смыслы древнегреческих мифов

О силе, творчестве, силе творчества и неожиданных смыслах греческих мифов

ТехИнсайдер
Смола и цветы Смола и цветы

История любви к хобби, которое стало профессией

Новый очаг
Что делать, если вас собираются угробить Что делать, если вас собираются угробить

Как Квентин Тарантино делает победителями тех, кто должен проиграть

Weekend
Почему не получается похудеть: 6 возможных ошибок Почему не получается похудеть: 6 возможных ошибок

Обсуждаем с нутрициологом ошибки, которые мешают сбросить вес

Правила жизни
Лайфхаки для мужской уборки: как спасти свое время и психическое здоровье Лайфхаки для мужской уборки: как спасти свое время и психическое здоровье

Занятой человек не всегда находит силы на уборку. Но без нее не обойтись…

Maxim
Кодекс ухода за лицом для женщин 50+: запомни эти 8 простых правил Кодекс ухода за лицом для женщин 50+: запомни эти 8 простых правил

Простая формула ухода за зрелой кожей, которая поможет повернуть время вспять

VOICE
Пива и зрелищ! Как креативно открыть бутылку пенного без открывашки Пива и зрелищ! Как креативно открыть бутылку пенного без открывашки

У вас вдруг не оказалось под рукой открывашки, а бутылку открыть очень нужно?

ТехИнсайдер
5 эффективных способов, которые помогут избавиться от второго подбородка 5 эффективных способов, которые помогут избавиться от второго подбородка

Эффективные и безопасные способы убрать второй подбородок

ТехИнсайдер
Открыть в приложении