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
Менструальный отпуск: зачем он нужен и ждать ли его в России Менструальный отпуск: зачем он нужен и ждать ли его в России

Какие аргументы у инициативы и можно ли внедрить менструальные отпуска в России

СНОБ
Диван желаний Диван желаний

Татьяна Бабенкова из сериала и фильма «Полицейский с Рублевки»

Maxim
Делать ли из «совы» «жаворонка» и еще 7 интересных вопросов и ответов о науке сна Делать ли из «совы» «жаворонка» и еще 7 интересных вопросов и ответов о науке сна

Ее проклинают и слагают о ней стихи, ее изучают лучшие ученые мира

Psychologies
Секреты правильного использования кредитных карт Секреты правильного использования кредитных карт

Кредитки давно вошли обиход, вот только пользоваться ими умеют далеко не все

Наука и техника
Диета: Стол №1 Диета: Стол №1

Правила питания для больного желудка плюс примерное меню на неделю

Лиза
«Презирая всякую опасность» «Презирая всякую опасность»

Родственная связь Бориса Анненкова с Иваном Анненковым вряд ли имеет место быть

Дилетант
Гавриил Гордеев, продюсер по оригинальному контенту Okko: Мы формируем отношение россиян к отечественным кино и сериалам Гавриил Гордеев, продюсер по оригинальному контенту Okko: Мы формируем отношение россиян к отечественным кино и сериалам

Продюсер по оригинальному контенту Okko — о рецепте создания хита

СНОБ
Ковбойня Тейлора Шеридана Ковбойня Тейлора Шеридана

«1923»: ностальгия по американской мечте

Weekend
Эпатаж: перезагрузка Эпатаж: перезагрузка

Как Поль Сезанн написал новую версию известной картины Эдуара Мане

Вокруг света
«Иосиф взял меня за руку. Меня это так шокировало - я руку отдернула»: Валерия о том, как начался ее роман с Пригожиным «Иосиф взял меня за руку. Меня это так шокировало - я руку отдернула»: Валерия о том, как начался ее роман с Пригожиным

Валерия призналась, что не сразу начала испытывать сильные чувства к Пригожину

VOICE
Чечевица Чечевица

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

Здоровье
Секонд-хенд с Патриков: как сервис ресейла люксовых сумок вырос в полтора раза за год Секонд-хенд с Патриков: как сервис ресейла люксовых сумок вырос в полтора раза за год

Как устроен ресейл люксовых сумок в России?

Forbes
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
5 главных ценностей в жизни: зачем и как их нужно выявлять 5 главных ценностей в жизни: зачем и как их нужно выявлять

Чтобы быть счастливым, нужно жить в соответствии со своими глубинными ценностями

Psychologies
Фэшн-матриархат: что произошло с российской модной индустрией за прошедший год Фэшн-матриархат: что произошло с российской модной индустрией за прошедший год

Панорама российской модной индустрии изменилась кардинально

Forbes
Михаил Миндлин — о том, как решить спор между музеями и РПЦ и где грань между идеологией и PR Михаил Миндлин — о том, как решить спор между музеями и РПЦ и где грань между идеологией и PR

Как решить спор о перевозке древних икон?

СНОБ
Садо-мазо в сексе: экзотические увлечения или компенсация внутренних конфликтов? Садо-мазо в сексе: экзотические увлечения или компенсация внутренних конфликтов?

Что на самом деле побуждает людей к увлечению БДСМ?

Psychologies
7 привычек, которые сохранят здоровье глаз 7 привычек, которые сохранят здоровье глаз

Повседневные привычки влияют на наши глаза гораздо сильнее, чем вы думаете

Новый очаг
7 страшно интересных фактов о фильмах «Мумия» 7 страшно интересных фактов о фильмах «Мумия»

Настала пора вспомнить ошеломительных «Мумий» с Бренданом Фрейзером

Maxim
Секс не ради секса: почему мы соглашаемся? Секс не ради секса: почему мы соглашаемся?

В постели с мужчинами мы иногда оказываемся не только из-за чистой страсти

VOICE
Скрытые послания: как видят первые свидания мужчины и женщины — мнение психологов Скрытые послания: как видят первые свидания мужчины и женщины — мнение психологов

Почему мужчины и женщины по-разному видят сценарий первого свидания?

Psychologies
Чем опасны искусственные подсластители: 6 страшных последствий для здоровья Чем опасны искусственные подсластители: 6 страшных последствий для здоровья

Думаете, если заменить обычную колу на диетическую, вы сможете похудеть?

ТехИнсайдер
Так говорил Жванецкий: 12 мудростей Так говорил Жванецкий: 12 мудростей

Вспоминаем сатирика Михаила Жванецкого в день его рождения

Psychologies
Как сохранить страсть после рождения ребенка: 3 простых шага — укрепите брак Как сохранить страсть после рождения ребенка: 3 простых шага — укрепите брак

Как сохранить близость после появления ребенка, несмотря на все сложности?

Psychologies
Психологический триллер «Айта»: суд Линча во глубине сибирских руд Психологический триллер «Айта»: суд Линча во глубине сибирских руд

Степан Бурнашев — о психологических темах в своем фильме «Айта»

Psychologies
Ирония судьбы Ирония судьбы

Как чувство юмора определяет наше отношение с людьми и миром?

Лиза
Кейт Бланшетт и Меган Рапино: кто вошел в список женщин года Time Кейт Бланшетт и Меган Рапино: кто вошел в список женщин года Time

Героини списка «Женщины года» по версии журнала Time очень разные

Forbes
4 проблемы, которые (не) разрушили наши отношения 4 проблемы, которые (не) разрушили наши отношения

Наши героини рассказали о том, из-за чего они оказались на грани расставания

Psychologies
Отличной посадки на Титан, «Стрекоза»! Отличной посадки на Титан, «Стрекоза»!

Посадка на другие планеты — дело весьма непростое

Наука
Открыть в приложении