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
ELSEA: «Не хочу быстрой популярности» ELSEA: «Не хочу быстрой популярности»

ELSEA рассказала о себе и своих первых шагах в музыке

ЖАРА Magazine
Нежнейшая пряность кардамон Нежнейшая пряность кардамон

Где выращивают лучший кардамон?

Наука и жизнь
Сериал «Король и Шут»: почему панки — это про свободу, анархию и сказки Сериал «Король и Шут»: почему панки — это про свободу, анархию и сказки

Сериал «Король и шут» — самый успешный релиз в истории «Кинопоиска»

Forbes
Водородный разворот Водородный разворот

Как устроена водородная энергетика и чем «водоробус» лучше электробуса

Популярная механика
Взяли матушек, сделали круг с молитвами: Андрей Малахов вспомнил о неожиданном звонке Жанны Фриске Взяли матушек, сделали круг с молитвами: Андрей Малахов вспомнил о неожиданном звонке Жанны Фриске

Андрей Малахов поддерживал связь с Жанной Фриске до самой ее смерти

VOICE
Время Евы Время Евы

История о том, как ученые всех запутали библейской метафорой об Адаме и Еве

Вокруг света
Актер Сергей Гилев о сериале «Актрисы», продолжении съемок «Этерны» и любви к книгам Лимонова Актер Сергей Гилев о сериале «Актрисы», продолжении съемок «Этерны» и любви к книгам Лимонова

Сергей Гилев — о дружбе с Анной Чиповской и любви к книгам Эдуарда Лимонова

СНОБ
Полезная измена: так бывает? Полезная измена: так бывает?

Может ли измена укрепить отношения?

VOICE
Как устроено донорство яйцеклеток в России Как устроено донорство яйцеклеток в России

Как ЭКО с донорскими яйцеклетками решает проблемы тяжелого бесплодия

СНОБ
Избегание, агрессия, пессимизм: 22 признака депрессии, которые легко пропустить, — чек-лист Избегание, агрессия, пессимизм: 22 признака депрессии, которые легко пропустить, — чек-лист

Депрессию выдают характерные признаки, на которые стоит обратить внимание

Psychologies
Не теряй голову: 12 вещей, которые выдадут плохого мастера по наращиванию волос Не теряй голову: 12 вещей, которые выдадут плохого мастера по наращиванию волос

Как найти хорошего мастера по наращиванию волос

VOICE
Зеленый бриллиант: почему зеленку не применяют нигде в мире, кроме стран СНГ Зеленый бриллиант: почему зеленку не применяют нигде в мире, кроме стран СНГ

Для чего на самом деле нужна зеленка?

ТехИнсайдер
Гитлер. Поход во власть Гитлер. Поход во власть

Человек, создавший Третий рейх, был, несомненно, злым гением

Дилетант
Как противостоять манипуляциям в отношениях: 7 шагов Как противостоять манипуляциям в отношениях: 7 шагов

Как понять, что ваш партнер — манипулятор?

Psychologies
Как соблазнять голосом: 3 упражнения Как соблазнять голосом: 3 упражнения

Голос — неотъемлемая часть сексуального образа

Psychologies
Как IT-сервисы проходят путь от внутреннего инструмента до публичного решения Как IT-сервисы проходят путь от внутреннего инструмента до публичного решения

Как множество компаний создают внутренние инструменты для своих целей

Forbes
Тайна крушения Ту-104 в Пушкине: кто виноват в гибели всего командования Тихоокеанского флота? Тайна крушения Ту-104 в Пушкине: кто виноват в гибели всего командования Тихоокеанского флота?

Почему результаты расследования катастрофы Ту-104 держали в тайне?

ТехИнсайдер
Артериальное давление Артериальное давление

Что влияет на давление у здорового человека и можно ли его регулировать?

Здоровье
«Мой ребенок прекрасен!»: 82-летний Роберто Кавалли стал отцом в шестой раз «Мой ребенок прекрасен!»: 82-летний Роберто Кавалли стал отцом в шестой раз

Бывшая шведская модель Playboy сделала Роберто Кавалли отцом в шестой раз

VOICE
5 запрещенных в СССР советских мультфильмов: один из них ты точно видела! 5 запрещенных в СССР советских мультфильмов: один из них ты точно видела!

Мультфильмы, которые оказались в черном списке в СССР

VOICE
Вулканы, волны, вертолеты: чем заняться на Камчатке Вулканы, волны, вертолеты: чем заняться на Камчатке

Побывать на Камчатке хоть раз в жизни нужно каждому

РБК
Правда ли, что вейпы безобиднее сигарет Правда ли, что вейпы безобиднее сигарет

Насколько безопасны вейпы? Правда ли, что с их помощью можно бросить курить?

СНОБ
Канадские «суперсвиньи» угрожают животным США. Американцев может спасти «свинья-Иуда»! Канадские «суперсвиньи» угрожают животным США. Американцев может спасти «свинья-Иуда»!

Дикие кабаны адаптировались к суровым канадским зимам

ТехИнсайдер
В гостях у панка В гостях у панка

«Король и Шут»: сказка вместо истории

Weekend
Голливудские бизнес-кейсы: как примеры из кино помогают в управлении командой Голливудские бизнес-кейсы: как примеры из кино помогают в управлении командой

Культовые картины также могут стать отличным руководством по управлению командой

Forbes
«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
Криминальный тур для искателей приключений: 6 захватывающих детективов из разных стран Криминальный тур для искателей приключений: 6 захватывающих детективов из разных стран

О таком туристические агентства не рассказывают в рекламных буклетах!

Maxim
Второй переходный возраст: что такое менопауза и как о ней говорить Второй переходный возраст: что такое менопауза и как о ней говорить

Почему и как происходит менопауза?

Forbes
Портрет семьи художника Портрет семьи художника

Пять семей, где муж и жена — успешные современные художники

Robb Report
Открыть в приложении