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

Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Когда мы будем есть личинки Когда мы будем есть личинки

Новый источник пептидов для медицины, кормов и продуктов питания — насекомые

Эксперт
«Если выпало в империи родиться, лучше жить в глухой провинции у моря». Как русские осваивали Камчатку «Если выпало в империи родиться, лучше жить в глухой провинции у моря». Как русские осваивали Камчатку

Освоение Камчатки: провинция была – глуше не придумаешь, и море кругом

Наука и Техника
Цвет имеет значение: как необычные драгоценные камни становятся выгодной инвестицией Цвет имеет значение: как необычные драгоценные камни становятся выгодной инвестицией

Почему стоит обратить внимание именно на цветные драгоценные камни?

Forbes
Ослепительная четверка Ослепительная четверка

Эти женщины вершили китайскую историю, губили и спасали царств

Вокруг света
В Голландии есть закрытая деревня, где живут только люди с деменцией. В Голландии есть закрытая деревня, где живут только люди с деменцией.

Как в Голландии заботятся о людях с тяжелыми дегенеративными заболеваниями

ТехИнсайдер
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Какие ещё небесные тела оказались в далёком поясе Койпера?

Наука и жизнь
Пчелы ориентируются в полете, как пилоты первых самолетов Пчелы ориентируются в полете, как пилоты первых самолетов

Чем похожи пчелы и пилоты-люди?

ТехИнсайдер
Кто построил высотные здания на недосягаемых горных склонах: удивительное исследование Кто построил высотные здания на недосягаемых горных склонах: удивительное исследование

Как люди смогли построить здания на горных склонах без современной техники?

ТехИнсайдер
Великий пост Великий пост

История Великого поста, правила и главные ошибки

Лиза
По своим правилам: почему борцы с коррупцией в России не нуждаются в чужих советах По своим правилам: почему борцы с коррупцией в России не нуждаются в чужих советах

Для российской правоохранительной системы борьба с коррупцией — рутинный процесс

Forbes
Малая панда: 7 интересных фактов Малая панда: 7 интересных фактов

Факты о малых красных пандах: информация об их жизни, среде обитания и питании

ТехИнсайдер
Тайная жизнь королевских нянь: кто воспитывал принца Гарри, Карла III, Елизавету II и других монархов Тайная жизнь королевских нянь: кто воспитывал принца Гарри, Карла III, Елизавету II и других монархов

Мы собрали интересные факты о том, кто же нянчит королевских детей

VOICE
Как Анахита Ратебзад добивалась гендерного равенства в Афганистане, но потеряла все Как Анахита Ратебзад добивалась гендерного равенства в Афганистане, но потеряла все

История женщины, которая слишком опередила свое время

Forbes
Сезонная аллергия: как выявить и вылечить — советы врача аллерголога-иммунолога Сезонная аллергия: как выявить и вылечить — советы врача аллерголога-иммунолога

Какие бывают проявления у сезонной аллергии? Что влияет на ее развитие?

Psychologies
Сексуализированное насилие: как защитить ребенка — советы психолога Сексуализированное насилие: как защитить ребенка — советы психолога

Сексуализированное насилие в отношении детей может проявляться по-разному

Psychologies
«Навеселе» «Навеселе»

Как люди хотели устроить пьянку, но построили цивилизацию

N+1
Три города-курорта России, куда лето приходит раньше календаря Три города-курорта России, куда лето приходит раньше календаря

Заждались лета? Добро пожаловать в Крым и на Кубань

Караван историй
Разгрузочный день Разгрузочный день

Полезные и безопасные варианты меню на разгрузочный день

Лиза
Мой дорогой мобильник: завершение истории о роли смартфона в жизни подростков Мой дорогой мобильник: завершение истории о роли смартфона в жизни подростков

Телефон как яблоко раздора между родителями и детьми

СНОБ
Да здравствует вчерашний день: почему мы так любим ностальгию Да здравствует вчерашний день: почему мы так любим ностальгию

По чему ностальгируют разные поколения?

РБК
Что такое Cadillac Lyriq? Краткий обзор Что такое Cadillac Lyriq? Краткий обзор

Невероятный электромобиль Cadillac Lyriq

4x4 Club
Возвращение в Эдем Возвращение в Эдем

Каждый год зимние холода вынуждают бабочек монархов покинуть родную Канаду

Вокруг света
Самые экологичные гонки Самые экологичные гонки

Что будет, если скрестить «Дакар» и ралли-кросс на машинах с электродвигателями?

ТехИнсайдер
Валерия Ланская: «На первом месте — дети. На втором — отношения мужчины и женщины. И на третьем месте — карьера» Валерия Ланская: «На первом месте — дети. На втором — отношения мужчины и женщины. И на третьем месте — карьера»

Я тогда шла по улице и думала: «Ну все, теперь я другой человек»

Караван историй
Цифровые жулики Цифровые жулики

Как мошенники используют интернет-технологии для сделок с недвижимостью

Деньги
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
«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
Как стартапер и два инвестбанкира выручили 60 млн рублей на подборе витаминов Как стартапер и два инвестбанкира выручили 60 млн рублей на подборе витаминов

Как был запущен сервис индивидуального подбора витаминов Vitobox

Forbes
Открыт сверхпроводник, работающий при комнатной температуре: новая эра электроники или хайп лженауки? Открыт сверхпроводник, работающий при комнатной температуре: новая эра электроники или хайп лженауки?

Исследователи назвали новый материал «красной материей»

ТехИнсайдер
Открыть в приложении