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
Что Дженнифер Лопес сказала Бену Аффлеку на церемонии «Грэмми» Что Дженнифер Лопес сказала Бену Аффлеку на церемонии «Грэмми»

Бен Аффлек раскрыл детали разговора с женой во время известной церемонии

VOICE
Цифровая лихорадка Цифровая лихорадка

Наиболее интересные выступления из конференции CG Event

Популярная механика
Авантюристки: как устроен теневой рынок по продаже поддельных сумок Авантюристки: как устроен теневой рынок по продаже поддельных сумок

Отрывок из книги «Подделка» Кирстен Чен

Forbes
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

Сто самых красивых женщин страны заждались тебя

Maxim
Знаменитый парадокс Хокинга о черных дырах наконец разрешен: громкое открытие астрофизиков Знаменитый парадокс Хокинга о черных дырах наконец разрешен: громкое открытие астрофизиков

Известный парадокс физика Стивена Хокинга наконец-то может быть разрешен

ТехИнсайдер
Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной

Как ученые и писатели прошлых лет представляли себе обитателей Луны

Наука и жизнь
Какие продукты можно есть после пищевого отравления: часы, дни, недели — восстановите организм Какие продукты можно есть после пищевого отравления: часы, дни, недели — восстановите организм

Что делать, если вы уже отравились?

Psychologies
Как я встретила отца спустя 15 лет: история родительской ссоры глазами дочери Как я встретила отца спустя 15 лет: история родительской ссоры глазами дочери

Как родители делают ребенка невольным заложником своих решений

Psychologies
Свой чужой Свой чужой

Как три американских школьника и моряк Пушкин отменили Холодную войну

Weekend
«В молекуле от безумия» «В молекуле от безумия»

Истории о том, как ломается мозг

N+1
Глава AB InBev Efes Ораз Дурдыев — Forbes: «Неучтенный рынок пива вырос до 15%» Глава AB InBev Efes Ораз Дурдыев — Forbes: «Неучтенный рынок пива вырос до 15%»

Как пивоваренный гигант AB InBev Efes работает в новых условиях?

Forbes
Оказывается, красотки: как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек Оказывается, красотки: как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек

Как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек?

VOICE
Юаневые бонды Юаневые бонды

Каковы риски облигаций, номинированных в китайской валюте

Деньги
Лагом: почему шведы такие счастливые — 5 шагов к благополучной жизни Лагом: почему шведы такие счастливые — 5 шагов к благополучной жизни

Культурологи вспомнили шведскую концепцию жизни

Psychologies
Шелковые врата Шелковые врата

Как японская художница Мари Нэромэ создает нечто новое из традиционного

Вокруг света
Почему сложно забеременеть: 3 неочевидные причины — мнение психолога Почему сложно забеременеть: 3 неочевидные причины — мнение психолога

Психолог объясняет, что мешаем нам забеременеть

Psychologies
Новые лица: пять молодых театральных актеров, за которыми стоит следить Новые лица: пять молодых театральных актеров, за которыми стоит следить

Пять самых интересных новых актеров московской сцены

Forbes
Слом стереотипов: почему мужчины стали рекламировать ювелирные украшения Слом стереотипов: почему мужчины стали рекламировать ювелирные украшения

Ювелирные украшения стали все активнее представлять на мужчинах

Forbes
«Тебе пора лечиться!»: 16 фраз домашних насильников — проверьте ваши отношения «Тебе пора лечиться!»: 16 фраз домашних насильников — проверьте ваши отношения

Рассказываем, как распознать домашнего насильника и что делать дальше

Psychologies
По своим правилам: почему борцы с коррупцией в России не нуждаются в чужих советах По своим правилам: почему борцы с коррупцией в России не нуждаются в чужих советах

Для российской правоохранительной системы борьба с коррупцией — рутинный процесс

Forbes
Какой будет новая технологическая эпоха с ИИ? Мнение Билла Гейтса Какой будет новая технологическая эпоха с ИИ? Мнение Билла Гейтса

Технологические достижения могут до неузнаваемости изменить жизнь обывателей

ТехИнсайдер
Равнение на «Знамя» Равнение на «Знамя»

Hongqi E HS9 стал чуть ли не первым представителем тяжелого автомобильного люкса

Автопилот
Сериал «Экстраординарная»: краткое пособие по выживанию во взрослой жизни Сериал «Экстраординарная»: краткое пособие по выживанию во взрослой жизни

«Экстраординарная» — яркий сериал о молодых людях, ищущих смысл жизни

Forbes
Лесные соседи Лесные соседи

Едва только март начинает прогревать поля, как в воздухе начинаются брожения

Наука и жизнь
«Инновации — направление, которое позволит нашей компании выжить» «Инновации — направление, которое позволит нашей компании выжить»

Почему «Эфко» делает ставку на развитие био- и фудтех-сегментов?

Агроинвестор
Газлайтинг на работе: как распознать и защититься Газлайтинг на работе: как распознать и защититься

Что такое газлайтинг на рабочем месте? Разбираемся на примерах с экспертом

Psychologies
Советский православный Ватикан Советский православный Ватикан

На заре Холодной войны в СССР пытались создать церковный «Варшавский договор»

Weekend
Ученые создали пластик, не требующий нефти для производства и полностью подверженный переработке Ученые создали пластик, не требующий нефти для производства и полностью подверженный переработке

Новый тип пластика может заменить полистирол

ТехИнсайдер
В носочках и под музыку В носочках и под музыку

6 приемов для лучшего секса, доказанные наукой

Лиза
Открыть в приложении