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

Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
Рок-н-ролл мертв, но в твердой памяти Рок-н-ролл мертв, но в твердой памяти

«Дейзи Джонс и The Six»: Райли Кио и Сэм Клафлин собирают стадионы

Weekend
Пыльцевые отпечатки истории Пыльцевые отпечатки истории

Палинологический анализ — мощный инструмент в руках реконструкторов

Наука и жизнь
5 решений, которые делают цветочный бизнес экологичнее 5 решений, которые делают цветочный бизнес экологичнее

Простые экологичные решения в сфере флористики

СНОБ
Как избавиться от зависимости от смартфона: мнение ученых Как избавиться от зависимости от смартфона: мнение ученых

Как связаны смартфоны и дофамин?

ТехИнсайдер
Лунная пыль. Как космическая разработка может остановить изменение климата на Земле Лунная пыль. Как космическая разработка может остановить изменение климата на Земле

Какие еще технологии применяют для того, чтобы охладить планету

СНОБ
Чистка электричеством Чистка электричеством

Можно ли обеззаразить воду хлорированием, не добавляя ни грамма хлорки?

ТехИнсайдер
Тарантино на бумаге: что режиссер писал о себе сам и что о нем говорят коллеги Тарантино на бумаге: что режиссер писал о себе сам и что о нем говорят коллеги

Что писали о Тарантино в книгах, что режиссер писал сам

Правила жизни
На защите молодости кожи: 5 фактов о протеоме На защите молодости кожи: 5 фактов о протеоме

Чтобы замедлить процессы старения, нужно обратить внимание на защиту протеома

РБК
Как предприниматель с Аляски стал крупнейшим поставщиком рыбы в Америке Как предприниматель с Аляски стал крупнейшим поставщиком рыбы в Америке

Почему Джо Бандрант не хочет продавать Trident Seafoods?

Forbes
Бесплатные услуги на борту, скандалы и худшие пассажиры: о чем молчат стюардессы Бесплатные услуги на борту, скандалы и худшие пассажиры: о чем молчат стюардессы

Стюардесса рассказала все о своей работе

Maxim
Так как правильно: крайний или последний? Поставим точку в вечном споре Так как правильно: крайний или последний? Поставим точку в вечном споре

Споры в очереди в поликлинике не стихают. "Кто последний?"

ТехИнсайдер
Правила жизни Дженнифер Лоуренс Правила жизни Дженнифер Лоуренс

Правила жизни актрисы Дженнифер Лоуренс

Правила жизни
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
«Я подумаю об этом завтра»: 10 способов не тратить свободное время на мысли о работе «Я подумаю об этом завтра»: 10 способов не тратить свободное время на мысли о работе

Трудоголизм чаще всего перерастает в профессиональное выгорание

Psychologies
10 популярных явлений и предметов, которые незаметно ушли из нашей жизни 10 популярных явлений и предметов, которые незаметно ушли из нашей жизни

Предметы и явления, которые мы потеряли

Maxim
«Слепой» маньяк: узнав историю Олега Косарева, ты больше никогда не сядешь в лифт с незнакомцем «Слепой» маньяк: узнав историю Олега Косарева, ты больше никогда не сядешь в лифт с незнакомцем

Уже в заключении Косарев написал исповедь

VOICE
Мы просто друзья: что делать, если ты попала во френдзону Мы просто друзья: что делать, если ты попала во френдзону

Что делать, когда «просто» только ему?

VOICE
Все, что делает наш мир лучше Все, что делает наш мир лучше

Новые технологии радикально изменят наш стиль жизни, заботу о себе

Men Today
Эта специя сделает из вас гения (или, как минимум, убережет от слабоумия) Эта специя сделает из вас гения (или, как минимум, убережет от слабоумия)

Исследование подтвердило полезные свойства популярной добавки к пище

Вокруг света
Эко-сталь: ученые нашли способ сделать Эко-сталь: ученые нашли способ сделать

Эта система обещает сократить выбросы углекислого газа сталелитейных заводов

ТехИнсайдер
Петербург Ивана Крылова: как Город на Неве отметил свой столетний юбилей и пережил череду невзгод Петербург Ивана Крылова: как Город на Неве отметил свой столетний юбилей и пережил череду невзгод

Торжества, устроенные Александром I, надолго запомнились петербуржцам

Вокруг света
После стольких лет: 10 фильмов с Аланом Рикманом, которые стоит посмотреть После стольких лет: 10 фильмов с Аланом Рикманом, которые стоит посмотреть

Мы собрали десять фильмов с Аланом Рикманом без мальчика, который выжил

Правила жизни
Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю Потерявшие дом: 3 отличных фантастических цикла про человечество, покинувшее Землю

Три примера на тему гибели Земли из современной фантастики

ТехИнсайдер
Самый опасный мысленный эксперимент в истории: рождение «Василиска Роко» Самый опасный мысленный эксперимент в истории: рождение «Василиска Роко»

«Василиск Роко» продолжает жить и угрожать всем, кто знает о нем

ТехИнсайдер
Отеки, покраснение лица и деформация ногтей: 7 особенностей внешности, которые выдают проблемы с сердцем Отеки, покраснение лица и деформация ногтей: 7 особенностей внешности, которые выдают проблемы с сердцем

Как вовремя заметить сигналы организма и понять, что пора к врачу

Psychologies
Все оттенки «Радуги» Все оттенки «Радуги»

Как читать главный роман Томаса Пинчона

Weekend
«Секс по расписанию изменил нашу жизнь»: личная история — попробуйте с партнером «Секс по расписанию изменил нашу жизнь»: личная история — попробуйте с партнером

История, как секс по расписанию может изменить отношения с партнером

Psychologies
«Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу» «Только когда я сам превратился в букашку, я понял, почему разглядывал природу»

Михаил Пришвин о людях, зверях и обществе

Weekend
Как Борис Пастернак создавал и издавал роман «Доктор Живаго» Как Борис Пастернак создавал и издавал роман «Доктор Живаго»

Этот роман получил всемирное признание за границей, на родине же его запрещали

СНОБ
Открыть в приложении