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

Там, где свет слушает звук Там, где свет слушает звук

Как и для чего создаются гиперспектрометры и мультиспектральные камеры

Наука и жизнь
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
Игры разума Игры разума

С какого расстояния инопланетяне могли бы заметить нашу цивилизацию

Вокруг света
5 симптомов того, что тебя настиг кризис среднего возраста 5 симптомов того, что тебя настиг кризис среднего возраста

Кризис среднего возраста: на какие тревожные звоночки следует обратить внимание

Maxim
Как мы переживали Как мы переживали

Суббота 23 ноября 1963 была рабочим днём, радио выдавало новость за новостью...

Дилетант
На балийской вилле На балийской вилле

В небольшой квартире удалось создать аутентичную атмосферу тропической виллы

Идеи Вашего Дома
Могут ли существовать планеты, состоящие из темной материи? И, если да, то как их обнаружить? Могут ли существовать планеты, состоящие из темной материи? И, если да, то как их обнаружить?

Но что, если в космосе есть планеты, состоящие из частиц вне Стандартной модели?

ТехИнсайдер
Отрывок из новой книги Алены Долецкой «К столу» Отрывок из новой книги Алены Долецкой «К столу»

Новая книга Алены Долецкой «К столу» — это не классическая книга рецептов

СНОБ
4 мифа о сексуальной жизни — проверьте себя 4 мифа о сексуальной жизни — проверьте себя

Наша сексуальная жизнь полна мифов

Psychologies
Как общаться с пассивными и пассивно-агрессивными людьми: 3 инструмента Как общаться с пассивными и пассивно-агрессивными людьми: 3 инструмента

Как справиться с пассивным или пассивно-агрессивным поведением?

Psychologies
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
Очень выносливый механизатор Очень выносливый механизатор

Беспилотные комбайны и трактора могут появиться на полях

ТехИнсайдер
Новый симулятор VR показывает, что происходит с нами после смерти. А вы бы хотели узнать? Новый симулятор VR показывает, что происходит с нами после смерти. А вы бы хотели узнать?

Симулятор виртуальной реальности, который позволяет участникам ощутить смерть

ТехИнсайдер
5 популярных фильмов и сериалов, которые зародились в YouTube 5 популярных фильмов и сериалов, которые зародились в YouTube

Сериалы по мотивам видеоблогов — самое спорное достижение цивилизации

Maxim

"Крысиный король" существует на самом деле

ТехИнсайдер
Неожиданный лайфхак из прошлого: что делать, когда хочется в баню, а под боком только русская печь? Неожиданный лайфхак из прошлого: что делать, когда хочется в баню, а под боком только русская печь?

Как мылись в русской печи?

ТехИнсайдер
«Полковнику никто не пишет»: что делать, если нет друзей — 4 простых шага «Полковнику никто не пишет»: что делать, если нет друзей — 4 простых шага

С возрастом друзей становится меньше или вообще не остается. Как это изменить?

Psychologies
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
Не суперъяхтами едиными Не суперъяхтами едиными

Долой вредные стереотипы! Они мешают жить

Y Magazine
Что такое прокрастинация и как с ней бороться: практические советы от предпринимателя Что такое прокрастинация и как с ней бороться: практические советы от предпринимателя

Чем прокрастинация отличается от лени?

Psychologies
Почему мать принцесс Евгении и Беатрис стала единственным человеком, открыто защищающим Меган Маркл Почему мать принцесс Евгении и Беатрис стала единственным человеком, открыто защищающим Меган Маркл

Герцогиня Йоркская оказалась единственным человеком, поддержавшим Меган Маркл

VOICE
Ирония судьбы Ирония судьбы

Как чувство юмора определяет наше отношение с людьми и миром?

Лиза
Лицензия на потребление Лицензия на потребление

Как Джеймс Бонд превратил Холодную войну в развлечение

Weekend
Физики впервые смогли управлять потоками квантового света: мощный прорыв и многообещающие перспективы Физики впервые смогли управлять потоками квантового света: мощный прорыв и многообещающие перспективы

Физики смогли успешно манипулировать небольшим количеством световых частиц

ТехИнсайдер
Одержимый любовью: что зашифровал Тициан в своей картине «Любовь земная и небесная» Одержимый любовью: что зашифровал Тициан в своей картине «Любовь земная и небесная»

Отрывок из книги «Любовь и страсть в искусстве Возрождения. Ренессанс в Италии»

Forbes
Архитектура Архитектура

Революция даже архитектуре придавала нездоровый драматизм

Правила жизни
Строит метро и ведет блог о котах: необычная история героини, которая мечтала быть «вне шаблона» Строит метро и ведет блог о котах: необычная история героини, которая мечтала быть «вне шаблона»

Возможно, история нашей героини послужит для вас вдохновением

Psychologies
7 удивительных фактов о Международном женском дне 7 удивительных фактов о Международном женском дне

С чего вдруг стали отмечать 8 марта и какую идею изначально нес этот праздник?

ТехИнсайдер
«Фабельманы» — лучший фильм Стивена Спилберга в XXI веке. Фильм о детстве и юности, который подарит вам самое главное — вдохновение «Фабельманы» — лучший фильм Стивена Спилберга в XXI веке. Фильм о детстве и юности, который подарит вам самое главное — вдохновение

Рассказываем, почему стоит посмотреть «Фабельманов»

Правила жизни
Последние из рода Гитлера. В 21 веке человечество останется без потомков диктатора Последние из рода Гитлера. В 21 веке человечество останется без потомков диктатора

Все родственники Гитлера живут под другими именами

ТехИнсайдер
Открыть в приложении