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

По вертикальной траектории По вертикальной траектории

Об одной вещи, без которой жизнь горожанина превратится в кошмар

Наука и жизнь
Всё сначала Всё сначала

Turquoise Yachts продолжает работу над необычным для себя проектом Rainbow II

Y Magazine
«Общий ИИ будет умнее лауреата Нобелевской премии» «Общий ИИ будет умнее лауреата Нобелевской премии»

Визионеры — о том, как технологии изменят нашу жизнь

РБК
Кочевые игры Кочевые игры

Весной в горах Киргизии становится оживленно

Отдых в России
Чавчавадзе Чавчавадзе

Чавчавадзе — грузинский род, сыгравший важную роль в российской истории

Дилетант
Сексуализация роботов из игры Atomic Heart: опасно ли это — мнение психолога Сексуализация роботов из игры Atomic Heart: опасно ли это — мнение психолога

Насколько опасна сексуализация в видеоиграх?

Psychologies
Искусство сна: сновидения, бессонница и парасомнии — узнайте все об этом состоянии Искусство сна: сновидения, бессонница и парасомнии — узнайте все об этом состоянии

Зачем нужны сны и как побороть бессонницу?

Psychologies
Правила жизни Спайка Ли Правила жизни Спайка Ли

Правила жизни режиссера Спайка Ли

Правила жизни
Как влюбить в себя другого: «методичка» от психолога Как влюбить в себя другого: «методичка» от психолога

Реально ли влюбить в себя человека без SMS, регистрации и приворотов?

Psychologies
Квартира на перспективу Квартира на перспективу

Вся планировка этой квартиры ориентирована на виды из окон

SALON-Interior
Это эволюционное приспособление позволило динозаврам стать королями древней Земли Это эволюционное приспособление позволило динозаврам стать королями древней Земли

Почему древние ящеры воцарились на Земле? Ответ может быть скрыт в их костях

ТехИнсайдер
Свежий взгляд на французскую классику: отрывок из книги Свежий взгляд на французскую классику: отрывок из книги

Глава из книги «Прощай, грусть!» — анализ драмы «Сирано де Бержерак»

СНОБ
“Парадокс ожирения” развенчан. Ученые установили, что лишний вес повышает смертность “Парадокс ожирения” развенчан. Ученые установили, что лишний вес повышает смертность

Как жир влияет на здоровье человека?

ТехИнсайдер
От Роберта Сапольски до Эрика Берна: семь книг о работе мозга и памяти От Роберта Сапольски до Эрика Берна: семь книг о работе мозга и памяти

Книги, которые помогут разобраться в работе мозга

Forbes
Самые уродливые внедорожники всех времён и народов Самые уродливые внедорожники всех времён и народов

Внедорожники, которые своим внешним видом могут превратить вашу жизнь в хоррор

4x4 Club
Взлетевшая ракета и напечатанный чизкейк: как 3D-печать меняет производство Взлетевшая ракета и напечатанный чизкейк: как 3D-печать меняет производство

Как 3D-печать проникает в самые разные индустрии

Forbes
Декларация независимости. История появления скоростных внедорожников Декларация независимости. История появления скоростных внедорожников

Как появились скоростные внедорожники

4x4 Club
Самые смешные снимки животных 2020 года: вспоминаем классику Самые смешные снимки животных 2020 года: вспоминаем классику

Самые смешные фото животных с конкурса Comedy Wildlife Photo Awards 2020 года

ТехИнсайдер
Если она вернулась Если она вернулась

Корь у детей: симптомы, лечение и почему этой болезни так боятся

Лиза
Молния, ветер со скоростью 1600 км в час, кислотный дождь: самая экстремальная погода в Солнечной системе Молния, ветер со скоростью 1600 км в час, кислотный дождь: самая экстремальная погода в Солнечной системе

Земля — действительно райское место, если сравнивать ее с другими планетами

ТехИнсайдер
Новая атака сибирской язвы: чем так опасна эта болезнь? Новая атака сибирской язвы: чем так опасна эта болезнь?

Как происходит заражение, чем лечиться и как оградить себя от сибирской язвы

ТехИнсайдер
«Радость науки» «Радость науки»

Важнейшие основы рационального мышления

N+1
Гриф «секретно» снят: сколько Юрий Гагарин заработал за свой первый полет? Гриф «секретно» снят: сколько Юрий Гагарин заработал за свой первый полет?

Материальные вознаграждения Юрия Гагарина за его полет никогда не афишировали

ТехИнсайдер
Боль так сладка!.. Как современные авторы описывают абьюз: разбор с примерами Боль так сладка!.. Как современные авторы описывают абьюз: разбор с примерами

Психолог рассказывает про абьюз в современной литературе

Psychologies
Сколько на самом деле стоит автомобиль? Сколько на самом деле стоит автомобиль?

Жизнь автомобиля начинается задолго до момента, когда мы впервые садимся за руль

4x4 Club
Свой чужой Свой чужой

Как три американских школьника и моряк Пушкин отменили Холодную войну

Weekend
Сопротивление, сожаление и принятие: как выражается наша потребность в свободе Сопротивление, сожаление и принятие: как выражается наша потребность в свободе

Отрывок из книги «Больше чем желание» о стремлении к свободе и его проявлениях

Forbes
Токсичные люди: как и распознать и как защититься от яда Токсичные люди: как и распознать и как защититься от яда

Как защитить себя от ядовитого негатива?

VOICE
5 простых способов еще в примерочной понять, будешь ли ты носить вещь или нет: гид от стилиста 5 простых способов еще в примерочной понять, будешь ли ты носить вещь или нет: гид от стилиста

Как бороться с неприятными чувствами в примерочной и держать все под контролем?

VOICE
30 лет спустя Mercedes-Benz вспоминает свой первый G-класс с двигателем V8 30 лет спустя Mercedes-Benz вспоминает свой первый G-класс с двигателем V8

Именно он заложил основу последующего триумфа знакового внедорожника

4x4 Club
Открыть в приложении