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
Геотермальная энергетика — от горячих источников до глубинных горячих пород Геотермальная энергетика — от горячих источников до глубинных горячих пород

Заставить работать глубинное тепло Земли непросто и дорого, но затраты окупаются

Наука
Королевский детектив Королевский детектив

В 1694 году Филипп Кристоф фон Кёнигсмарк вошёл во дворец Эрнста Августа

Дилетант
Праздновать жизнь: как искусство и кино иллюстрируют идущие годы Праздновать жизнь: как искусство и кино иллюстрируют идущие годы

Журналист Дмитрий Быков размышляет на тему возраста

РБК
Борьба за нацию Борьба за нацию

Представления о взглядах Симона Петлюры сформированы войной пропагандистов

Дилетант
«Три мушкетера» и один бутафор «Три мушкетера» и один бутафор

Как англичанин Билл Томас экранизировал классический французский роман

Weekend
Лечить нельзя исправить Лечить нельзя исправить

Можно ли редактировать геном людей?

ТехИнсайдер
В молекуле от зомби-апопокалипсиса: как белок может сломать человеческий мозг В молекуле от зомби-апопокалипсиса: как белок может сломать человеческий мозг

Отрывок из книги «В молекуле от безумия»

Forbes
Чечевица Чечевица

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

Здоровье
Как правильно пользоваться стиральной машиной Как правильно пользоваться стиральной машиной

Рассказываем основные правила эксплуатации стиральных машин

CHIP
«Дейзи Джонс и The Six»: красивая мелодрама о вымышленной рок-группе в стиле 1970-х «Дейзи Джонс и The Six»: красивая мелодрама о вымышленной рок-группе в стиле 1970-х

Сериал «Дейзи Джонс и The Six» — аутентичная история о любви и саморазрушении

Forbes
Ей 60, и у нее 171 пара обуви: почему все обожают стиль баскетбольного тренера Ким Малки Ей 60, и у нее 171 пара обуви: почему все обожают стиль баскетбольного тренера Ким Малки

"Врезается в память" и "Ким Малки" — почти синонимы

VOICE
Самые интересные российские вина из шардоне Самые интересные российские вина из шардоне

Чем интересны российские вина из «шардоне» и на какие стоит обратить внимание

СНОБ
Сапоги для сапожника Сапоги для сапожника

Вим Ван дер Валк на протяжении многих лет пытается построить себе семейную яхту

Y Magazine
Как помыть натяжной потолок без разводов: лайфхак для тех, кто ни разу этого не делал Как помыть натяжной потолок без разводов: лайфхак для тех, кто ни разу этого не делал

Как отмыть матовые, глянцевые или сатиновые натяжные потолки?

ТехИнсайдер
«В молекуле от безумия» «В молекуле от безумия»

Истории о том, как ломается мозг

N+1
Премию Абеля присудили за работы по дифференциальным уравнениям в частных производных Премию Абеля присудили за работы по дифференциальным уравнениям в частных производных

Премия Абеля: вклад в теорию регулярности нелинейных дифференциальных уравнений

N+1
Сбой запроса дескриптора USB устройства: что делать? Сбой запроса дескриптора USB устройства: что делать?

Сбой запроса дескриптора USB устройства Код 43. Что это за проблема?

CHIP
Почему возраст теперь не принято отрицать и при чем здесь Голливуд Почему возраст теперь не принято отрицать и при чем здесь Голливуд

Как индустрии моды, красоты и мир кино меняют свое отношение к возрасту

РБК
Инъекция гормона FGF21 быстро отрезвила пьяных мышей Инъекция гормона FGF21 быстро отрезвила пьяных мышей

Как связаны гормоны FGF21 и норадренергические нейроны мозга?

N+1
Вагинальный секс изменил микробиом мужской уретры Вагинальный секс изменил микробиом мужской уретры

Занятие вагинальным сексом влияет на микробиом уретры полового члена

N+1
Что можно сажать в марте: ранняя подготовка к богатому урожаю Что можно сажать в марте: ранняя подготовка к богатому урожаю

Март — идеальный месяц для посадки некоторых культур

ТехИнсайдер
Нет, Стоунхендж на самом деле не был древним календарем: ученые ошибались Нет, Стоунхендж на самом деле не был древним календарем: ученые ошибались

По мнению ученых, в дизайне Стоунхенджа есть нечто большее, чем просто календарь

ТехИнсайдер
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
От Эдипа до Нарцисса: как изменилось воспитание детей — взгляд нейропсихолога От Эдипа до Нарцисса: как изменилось воспитание детей — взгляд нейропсихолога

Почему все чаще современные дети чувствуют себя несчастными?

Psychologies
Против коллективизации, культа личности и хунты: как женщины сопротивлялись диктатуре Против коллективизации, культа личности и хунты: как женщины сопротивлялись диктатуре

Истории женщин, которым довелось жить при диктаторских режимах

Forbes
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
«Все время ищу у себя болезни»: кто страдает ипохондрией и как от нее избавиться «Все время ищу у себя болезни»: кто страдает ипохондрией и как от нее избавиться

Что делать, если вы обнаружили у себя симптомы ипохондрии?

Psychologies
Как добиться прикорневого объема: лучшие советы от стилиста Как добиться прикорневого объема: лучшие советы от стилиста

Простые и рабочие советы по созданию вау-объема волос у корней

VOICE
«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.
Открыть в приложении