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

Миссия: металл Миссия: металл

Зонд Psyche должен будет осмотреть целиком металлический мир

ТехИнсайдер
9 внутренних установок, которые сделают из вас неудачника 9 внутренних установок, которые сделают из вас неудачника

Какие внутренние установки активируют в людях комплекс неудачника?

Psychologies
Седло и стремя Седло и стремя

Как люди изобретали приспособления для управления лошадью

Вокруг света
Великий шутник Российской империи Великий шутник Российской империи

Один из примеров реформистской деятельности Петра I, а именно самый смешной

Правила жизни
Офицерский выбор Офицерский выбор

105 лет назад войска Северо-Западной армии повели наступление на Петроград

Дилетант
Художник за час: почему на мастер-классе тебя не научат рисовать? Художник за час: почему на мастер-классе тебя не научат рисовать?

Мастер-класс «Картина за час». Идти нельзя не идти? Где поставить запятую?

VOICE
Затерянный Хуэй Затерянный Хуэй

Как хуэй стали дунганами и оказались по другую сторону от Небесных Гор?

Вокруг света
10 самых больших акул в мире 10 самых больших акул в мире

Каких акул стоит опасаться больше всего?

ТехИнсайдер
Как Анахита Ратебзад добивалась гендерного равенства в Афганистане, но потеряла все Как Анахита Ратебзад добивалась гендерного равенства в Афганистане, но потеряла все

История женщины, которая слишком опередила свое время

Forbes
Гены охотников-собирателей улучшили иммунитет неолитических земледельцев Гены охотников-собирателей улучшили иммунитет неолитических земледельцев

Аллели охотников-собирателей были приспособлены к борьбе с местными патогенам

N+1
Одна вокруг света: рассвет в горах и долина цветущих кактусов Одна вокруг света: рассвет в горах и долина цветущих кактусов

208-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Аргентина

Forbes
Суверенитет против общества: бывают ли «хорошие» законы об иностранных агентах Суверенитет против общества: бывают ли «хорошие» законы об иностранных агентах

Существует ли некое «хорошее» законодательство об иноагентах?

Forbes
Александр Домогаров: Александр Домогаров:

Из театра я не уходил и надеюсь, что мне хватит моральных и душевных сил не уйти

Караван историй
Французская кошка Французская кошка

Актриса Валери Зоидова говорит, что раскрывать женские характеры интересно

OK!
«Кит» с Бренданом Фрейзером: как режиссер Аронофски находит силу в правде «Кит» с Бренданом Фрейзером: как режиссер Аронофски находит силу в правде

Почему фильм «Кит» интересен не только как актерский перформанс

Forbes
Чечевица Чечевица

Блюда из чечевицы заново обретают популярность, а мы разбираемся в их пользе

Здоровье
Екатерина Гусева: «Счастливый человек светится изнутри» Екатерина Гусева: «Счастливый человек светится изнутри»

Актриса Екатерина Гусева — о секретах своей красоты, молодости и оптимизма

Здоровье
«Недослов». Как самая известная сурдопереводчица России открыла театр неслышащих актеров (и зарабатывает на нем, несмотря ни на что) «Недослов». Как самая известная сурдопереводчица России открыла театр неслышащих актеров (и зарабатывает на нем, несмотря ни на что)

Как театр неслышащий актеров научился зарабатывать деньги вопреки всему

Inc.
Почему выпадают волосы? Почему выпадают волосы?

От чего зависит здоровье волос?

Здоровье
5 полезных продуктов, которые вызывают переедание: на них сложно похудеть 5 полезных продуктов, которые вызывают переедание: на них сложно похудеть

Некоторые здоровые продукты очень коварны — и лишь разжигают наш аппетит

VOICE
Неудобное право: что происходит с доступом к абортам в России Неудобное право: что происходит с доступом к абортам в России

Чем может грозить запрет абортов в России?

Forbes
Полуподводный флот Полуподводный флот

Полупогружные транспортные суда: новое для российского судостроения направление

ТехИнсайдер
Бесполезные советы Бесполезные советы

7 популярных лайфхаков в уборке, которые на самом деле не работают

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
Совместное творчество Совместное творчество

О точках соприкосновения мира искусства и индустрии красоты

Правила жизни
Курс на юго-восток: как переехать в тропическую страну и можно ли там жить долго Курс на юго-восток: как переехать в тропическую страну и можно ли там жить долго

Разбираемся в тонкостях жизни в разных странах Юго-Восточной Азии

Forbes
Стоит ли вести дела с близкими и как избежать проблем, если вы все же решились Стоит ли вести дела с близкими и как избежать проблем, если вы все же решились

Предпринимательство нередко разрушает родственные связи. Как этого избежать?

Psychologies
4 признака того, что вы плохо знакомы с собой 4 признака того, что вы плохо знакомы с собой

Как ни парадоксально, часто мы знаем самих себя лишь поверхностно

Psychologies
Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации

Алина Крюкова о планах и свершениях, переменах, произошедших с арт-рынком

РБК
Отцы и дочери: как драма «Солнце мое» стала инди-хитом 2022 года и попала на «Оскар» Отцы и дочери: как драма «Солнце мое» стала инди-хитом 2022 года и попала на «Оскар»

«Солнце мое»: почему авторский фильм нашел популярность и у массового зрителя

Forbes
Открыть в приложении