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

Пассажир на гиперзвуке Пассажир на гиперзвуке

Первый в истории самолет, который обещает преодолеть скорость звука на водороде

ТехИнсайдер
Пациентка, исцеленная от ВИЧ и рака, уже 30 месяцев не принимает лекарства — терапия увенчалась успехом Пациентка, исцеленная от ВИЧ и рака, уже 30 месяцев не принимает лекарства — терапия увенчалась успехом

Как пациентке из Нью-Йорка удалось победить ВИЧ

ТехИнсайдер
Краса всей зелени известной Краса всей зелени известной

Спаржа лекарственная ведёт своё происхождение с берегов Средиземного моря

Наука и жизнь
«Все, что делаешь по зову души, находит отклик»: Ольга Примаченко об успехе книги «К себе нежно» и своих правилах жизни «Все, что делаешь по зову души, находит отклик»: Ольга Примаченко об успехе книги «К себе нежно» и своих правилах жизни

Писательница Ольга Примаченко — как к ней пришла идея книги «К себе нежно»

Psychologies
Генералы песчаных карьеров Генералы песчаных карьеров

Шагающие экскаваторы, или драглайны, – самые большие мобильные наземные машины

ТехИнсайдер
Создана полная карта мозга дрозофилы. Он очень похож на искусственную нейросеть Создана полная карта мозга дрозофилы. Он очень похож на искусственную нейросеть

Создана самая сложная на сегодня карта мозга насекомого

ТехИнсайдер
До самых до окраин До самых до окраин

Для снабжения труднодоступных территорий пригодятся дроны

ТехИнсайдер
Что нужно знать, чтобы посмотреть «Джон Уик — 4»: вспоминаем первые три серии Что нужно знать, чтобы посмотреть «Джон Уик — 4»: вспоминаем первые три серии

Сюжет, персонажи и любопытные факты о всех фильмах «Джон Уик»

Maxim
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
Тайна мустатилов: в арабской пустыне нашли святилище со следами загадочного жертвоприношения Тайна мустатилов: в арабской пустыне нашли святилище со следами загадочного жертвоприношения

Зачем древние строители возвели сотни больших каменных сооружений в пустынях?

ТехИнсайдер
Оказывается, красотки: как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек Оказывается, красотки: как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек

Как выглядели в молодости актрисы, которых мы знаем только по ролям бабушек?

VOICE
Голова болит с похмелья? Как привести себя в порядок — советы врача Голова болит с похмелья? Как привести себя в порядок — советы врача

Как сделать ваше пробуждение после вечеринки более легким

Psychologies
Возвращение в Эдем Возвращение в Эдем

Каждый год зимние холода вынуждают бабочек монархов покинуть родную Канаду

Вокруг света
Полезная измена: так бывает? Полезная измена: так бывает?

Может ли измена укрепить отношения?

VOICE
Трудоголики, боссы и паникеры: кто работает по выходным и придется ли это делать вам Трудоголики, боссы и паникеры: кто работает по выходным и придется ли это делать вам

Останутся ли в ближайшем будущем выходные у «белых воротничков»?

Forbes
Трогательная история о слепом мальчике Леве, который поставил на уши мир математики Трогательная история о слепом мальчике Леве, который поставил на уши мир математики

Как Лев Понтрягин стал известным математиком, несмотря на то, что лишился зрения

ТехИнсайдер
10 фильмов с одним актером (ну почти) 10 фильмов с одним актером (ну почти)

Кинотеатр одного актера

Maxim
«Почему мужчина так себя ведет?»: как решать проблемы в отношениях— 4 типичных примера «Почему мужчина так себя ведет?»: как решать проблемы в отношениях— 4 типичных примера

Как не превратить противоречия в конфликт?

Psychologies
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
3 этапа, которые необходимо пройти после развода 3 этапа, которые необходимо пройти после развода

Как пережить развод?

Psychologies
Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации

Алина Крюкова о планах и свершениях, переменах, произошедших с арт-рынком

РБК
Что знали наши бабушки и о чем забыли мы Что знали наши бабушки и о чем забыли мы

Анна Вокина изучает традиционные праздники на глубинном уровне

Seasons of life
Без стандартов, но по призванию. Является ли оценка проектов и программ профессией? | No Standards, Just Calling. Is Project and Program Evaluation a Profession? Без стандартов, но по призванию. Является ли оценка проектов и программ профессией? | No Standards, Just Calling. Is Project and Program Evaluation a Profession?

Является ли оценка проектов и программ профессией?

Позитивные изменения
«Задавайте открытые вопросы»: 4 навыка откровенного разговора — советы для супругов «Задавайте открытые вопросы»: 4 навыка откровенного разговора — советы для супругов

Как вести открытый, осмысленный и доброжелательный диалог в паре?

Psychologies
Сдал экзамен на юриста: чего ждать от искусственного интеллекта GPT-4 Сдал экзамен на юриста: чего ждать от искусственного интеллекта GPT-4

Новая GPT-4 блестяще сдала несколько экзаменов, предназначенных для людей

Forbes
Квартира-ловушка Квартира-ловушка

5 признаков риелторов-мошенников: как вовремя распознать обман при покупке жилья

Лиза
«У таких водителей проблемы»: что грозит за неостановку по просьбе ГИБДД «У таких водителей проблемы»: что грозит за неостановку по просьбе ГИБДД

Что грозит автомобилистам, не заметившим требование инспектора об остановке

РБК
Терапия одиночества: почему время наедине с собой помогает нам исследовать жизнь Терапия одиночества: почему время наедине с собой помогает нам исследовать жизнь

Как рассматривать время, проверенное наедине с собой, не как лишение

Forbes
Директор «Ночлежки» Дарья Байбакова о помощи беженцам и росте числа бездомных людей Директор «Ночлежки» Дарья Байбакова о помощи беженцам и росте числа бездомных людей

Интервью с Дарьей Байбаковой, директором московской «Ночлежки»

Forbes
Почему дети учатся быстрее взрослых Почему дети учатся быстрее взрослых

Бывают моменты, когда юный возраст дает преимущество

ТехИнсайдер
Открыть в приложении