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

Короли небес Короли небес

Завершается полувековая история производства Boeing 747

ТехИнсайдер
Как выглядит кожа женщины, сбросившей 71 килограмм: почему лучше не набирать вес, чем потом худеть Как выглядит кожа женщины, сбросившей 71 килограмм: почему лучше не набирать вес, чем потом худеть

Как выглядит девушка, похудевшая на 71 килограмм

VOICE
«Папа Урбан II на площади Клермона проповедует первый крестовый поход» «Папа Урбан II на площади Клермона проповедует первый крестовый поход»

Картина Франческо Айеца, на которой запечатлено начало крестовых походов

Дилетант
«Не думала, что так быстро начну стареть»: 12 примет возраста «Не думала, что так быстро начну стареть»: 12 примет возраста

Как понять, что старость уже пришла?

Psychologies
Сначала было слово Сначала было слово

Художник, который сделал автографы на стенах чем-то большим

Вокруг света
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
Затерянный Хуэй Затерянный Хуэй

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

Вокруг света
Александр Долгих. Про скорость, концентрацию и количество аварий Александр Долгих. Про скорость, концентрацию и количество аварий

Водить машину не так уж и сложно

4x4 Club
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
Работа на опережение Работа на опережение

Предупреждать заболевание, до того как появились симптомы и изменения в анализах

Robb Report
Мы так же любим любить Мы так же любим любить

Юлия Высоцкая – о том, что её бесит и почему завтраки должны быть запрещены

Новый очаг
«Отказался бросить курить, а потом узнал, что уволен»: айтишники рассказали про самые быстрые увольнения «Отказался бросить курить, а потом узнал, что уволен»: айтишники рассказали про самые быстрые увольнения

Истории про рекордно короткие периоды работы в одной компании

VC.RU
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
Боль и слова Боль и слова

Актеры сериала «Содержанки» – о любви

Новый очаг
Сексуализированное насилие: как защитить ребенка — советы психолога Сексуализированное насилие: как защитить ребенка — советы психолога

Сексуализированное насилие в отношении детей может проявляться по-разному

Psychologies
5 книг об истории искусств 5 книг об истории искусств

Книги для тех, кто хочет видеть смысл в работах современных художников

СНОБ
Темнокожая Русалочка и феминизм: почему Disney переделывает старые сказки для зумеров Темнокожая Русалочка и феминизм: почему Disney переделывает старые сказки для зумеров

Шок-контент или поклонение перед зумерами: как Disney меняет свои сказки

Forbes
Почему опасно смешивать алкоголь? Почему опасно смешивать алкоголь?

История со смешиванием выпивки предельно ясна: лучше этого не делать, но почему?

Maxim
Лицензия на потребление Лицензия на потребление

Как Джеймс Бонд превратил Холодную войну в развлечение

Weekend
Михаил Фоменко: австралийский тарзан из СССР, который 60 лет прожил в диких джунглях Михаил Фоменко: австралийский тарзан из СССР, который 60 лет прожил в диких джунглях

Михаил Фоменко — один из символов Австралии

ТехИнсайдер
Загадка исчезнувшего близнеца: как внутри новорожденного может расти еще один эмбрион? Загадка исчезнувшего близнеца: как внутри новорожденного может расти еще один эмбрион?

Каждый восьмой человек, находясь в утробе мамы, имел как минимум одного близнеца

ТехИнсайдер
«Ген. Очень личная история» «Ген. Очень личная история»

Как концепция гена изменила мир

N+1
Не выбрасывайте добро! 7 причин сохранить луковую шелуху с пользой для дома Не выбрасывайте добро! 7 причин сохранить луковую шелуху с пользой для дома

Луковой шелухой можно не только красить яйца на Пасху!

ТехИнсайдер
Равные зарплаты и декретный отпуск для отцов: как IKEA добилась гендерного равенства Равные зарплаты и декретный отпуск для отцов: как IKEA добилась гендерного равенства

IKEA добилась гендерного равенства среди руководителей на международном уровне

Forbes
Новые альянсы: почему Саудовская Аравия решила помириться с Сирией Новые альянсы: почему Саудовская Аравия решила помириться с Сирией

Что стоит за потеплением в отношениях между Саудовской Аравией и Сирией

Forbes
Человек может получить крылья, щупальца и дополнительные конечности: как ученые расширяют возможности наших тел Человек может получить крылья, щупальца и дополнительные конечности: как ученые расширяют возможности наших тел

Идея, что у людей могут быть крылья или щупальца, может быть фантастической

ТехИнсайдер
Формула жизни Формула жизни

Корейцы уверены, что лапша – символ долголетия, а суп – его гарантия

Вокруг света
Как независимая киностудия стала триумфатором «Оскара»: 10 фильмов A24, с которыми стоит познакомиться Как независимая киностудия стала триумфатором «Оскара»: 10 фильмов A24, с которыми стоит познакомиться

Как киностудии А24 удается сочетать остроумный артхаус и кассовый успех

Правила жизни
Одни из нас Одни из нас

Знакомьтесь, экспериментальная ферма грибов Farming Utopia!

Собака.ru
Как снизить риск аллергии на орехи у ребенка? Кормите арахисом с младенчества! Как снизить риск аллергии на орехи у ребенка? Кормите арахисом с младенчества!

Распространенность аллергии на арахис в Великобритании может снизиться на 77%

ТехИнсайдер
Открыть в приложении