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

Они живые и светятся Они живые и светятся

Зачем червям система биолюминесценции?

Наука и жизнь
Да будет свет! Да будет свет!

Как сделать темную комнату светлее и уютнее? Несколько секретов

Лиза
Нечаянный император Нечаянный император

Николай I — царящий надо всеми жандарм, исполняющий свой государственный долг

Дилетант
Рыба-кит: как стартап «Много лосося» живет внутри X5 Group Рыба-кит: как стартап «Много лосося» живет внутри X5 Group

Как компания X5 Group помогла стартапу «Много лосося»

Forbes
Еда, которая не убивает планету Еда, которая не убивает планету

Прокормить постоянно растущее человечество помогут микроорганизмы

ТехИнсайдер
Эти цветы нельзя дарить женщинам: отдай их обратно поклоннику и больше не ходи с ним на свидание! Эти цветы нельзя дарить женщинам: отдай их обратно поклоннику и больше не ходи с ним на свидание!

Рассказываем, какие цветы дарить не стоит, и объясняем, почему

VOICE
Гражданин хороший Гражданин хороший

Как в Китае контролируют население?

ТехИнсайдер
Женщину не могли найти 30 лет и потом признали мертвой. Она  сошла с ума и жила в Пуэрто-Рико Женщину не могли найти 30 лет и потом признали мертвой. Она  сошла с ума и жила в Пуэрто-Рико

Патриция была уличной проповедницей по кличке «Воробей» в США

ТехИнсайдер
«Жизнь, которую мы создали» «Жизнь, которую мы создали»

Как 50 тысяч лет рукотворных инноваций преобразили природ

N+1
7 моментов в ужастиках, где видно халтурные спецэффекты 7 моментов в ужастиках, где видно халтурные спецэффекты

Проматывай эти сцены, чтобы не рассмеяться!

Maxim
Почему пожилые люди подвержены тревожности и не могут получить нужную помощь? Стоит узнать! Почему пожилые люди подвержены тревожности и не могут получить нужную помощь? Стоит узнать!

Почему пожилые люди больше демонстрируют беспокойство и тревожное поведение?

ТехИнсайдер
Сложная проблема Сложная проблема

Рассеянный склероз: что это за болезнь и как она проявляется?

Лиза
Снова вместе Снова вместе

Бренды класса люкс давно и умело используют сотрудничество с художниками

Robb Report
8 самых больших самолетов в мире: титаны небес 8 самых больших самолетов в мире: титаны небес

Что может быть выше пятиэтажного дома и при этом еще и летать?

ТехИнсайдер
Чувствуете себя уставшим? Эти 4 продукта забирают вашу энергию! Чувствуете себя уставшим? Эти 4 продукта забирают вашу энергию!

Обратите внимание на эти 4 продукта — они могут быть виновниками вашей усталости

ТехИнсайдер
Невидимая болезнь: что важно знать о деменции Невидимая болезнь: что важно знать о деменции

Можно ли защититься от деменции и как сохранить ясность ума в пожилом возрасте

Правила жизни
В ритме сердца В ритме сердца

6 неочевидных симптомов, которые сигнализируют о проблемах с сердцем

Лиза
Археологи нашли древнейшие лук и стрелы в мире — им больше 54 000 лет Археологи нашли древнейшие лук и стрелы в мире — им больше 54 000 лет

Древние люди изготавливали луки и стрелы в Европе еще 54 000 лет назад

ТехИнсайдер
Как решиться на серьезные отношения: 3 полезных совета — семейный психолог предлагает рискнуть Как решиться на серьезные отношения: 3 полезных совета — семейный психолог предлагает рискнуть

Как преодолеть травматический опыт и снова отважиться на серьезные отношения?

Psychologies
Как запрограммировать психику на похудение: 8 советов от врача Как запрограммировать психику на похудение: 8 советов от врача

8 простых подсказок, которые помогут тебе терять килограммы быстрее

VOICE
Синдром Альцгеймера может сначала проявиться в глазах. Вы поразитесь! Синдром Альцгеймера может сначала проявиться в глазах. Вы поразитесь!

Первые симптомы синдрома Альцгеймера будут буквально видны в органах зрения

ТехИнсайдер
Душа аромата Душа аромата

Парфюмер Иван Якимов – о фантазийных мирах и магии ароматов

Новый очаг
Литература Литература

«Дыр бул щыл убеш щур», – до сих пор одно из самых глубоких русских высказываний

Правила жизни

Знаешь ли ты, что человечков из вкладышей Love is срисовали с реальной пары?

VOICE
Princess S62: встреча на подиуме Princess S62: встреча на подиуме

Princess S62 вызвала наибольший интерес у посетителей на выставке

Y Magazine
Балаяж: 9 вариантов окрашивания волос и советы экспертов по уходу Балаяж: 9 вариантов окрашивания волос и советы экспертов по уходу

Одна из самых популярных техник осветления

РБК
Лебёдка. Шесть правил использования Лебёдка. Шесть правил использования

Как правильно использовать лебёдку, не повредив здоровье и машину?

4x4 Club
Твой камень-талисман по знаку зодиака Твой камень-талисман по знаку зодиака

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

VOICE
Яичная диета Яичная диета

4 варианта похудения на привычном продукте

Лиза
Фастфуд по-советски: 10 блюд, которые обожали все дети СССР Фастфуд по-советски: 10 блюд, которые обожали все дети СССР

Вкусный, простой и быстрый перекус, который любили все в СССР

Лиза
Открыть в приложении