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
Ипотека от нуля Ипотека от нуля

Как и почему ЦБ борется с нулевыми процентами по ипотеке

Деньги
Артериальное давление Артериальное давление

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

Здоровье
Миф о беспробудном пьянстве: что и сколько на самом деле пили на Руси Миф о беспробудном пьянстве: что и сколько на самом деле пили на Руси

Откуда возник миф о вечно пьяных русских? Стоит ли в него верить?

VOICE
Диван желаний Диван желаний

Татьяна Бабенкова из сериала и фильма «Полицейский с Рублевки»

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

Сексуализированное насилие в отношении детей может проявляться по-разному

Psychologies
«Друг Отто» «Друг Отто»

«Русский вопрос» с точки зрения Бисмарка

Дилетант
Живопись Живопись

«Черный квадрат» Малевича стал для авангарда великолепным символом

Правила жизни
7 самых замечательных ролей Педро Паскаля 7 самых замечательных ролей Педро Паскаля

Не во всех своих фильмах Педро Паскаль спасает VIP-детей

Maxim
«Как будем делить квартиру?» 7 мифов о брачном договоре — объяснения адвоката «Как будем делить квартиру?» 7 мифов о брачном договоре — объяснения адвоката

Что же такое этот самый брачный договор и почему о нем бытует столько мифов?

Psychologies
Между молотом и детским садом: как мировые кризисы влияют на положение женщин Между молотом и детским садом: как мировые кризисы влияют на положение женщин

Правда ли, что мировые кризисы способствуют эмансипации?

Forbes
Ходим парой Ходим парой

Почему женская дружба может быть одной из самых важных вещей на свете

Лиза
Не только Чикатило: три самых известных маньяка-детоубийцы СССР Не только Чикатило: три самых известных маньяка-детоубийцы СССР

Подобные истории в СССР старались замалчивать, но они все равно происходили

Maxim
Русские красавицы, покорившие сердца голливудских звезд Русские красавицы, покорившие сердца голливудских звезд

Не зря говорят, что в России самые красивые женщины!

VOICE
Против коллективизации, культа личности и хунты: как женщины сопротивлялись диктатуре Против коллективизации, культа личности и хунты: как женщины сопротивлялись диктатуре

Истории женщин, которым довелось жить при диктаторских режимах

Forbes
Как добиться прикорневого объема: лучшие советы от стилиста Как добиться прикорневого объема: лучшие советы от стилиста

Простые и рабочие советы по созданию вау-объема волос у корней

VOICE
Искусство сна: сновидения, бессонница и парасомнии — узнайте все об этом состоянии Искусство сна: сновидения, бессонница и парасомнии — узнайте все об этом состоянии

Зачем нужны сны и как побороть бессонницу?

Psychologies
«Все время ищу у себя болезни»: кто страдает ипохондрией и как от нее избавиться «Все время ищу у себя болезни»: кто страдает ипохондрией и как от нее избавиться

Что делать, если вы обнаружили у себя симптомы ипохондрии?

Psychologies
Смертная уборка: мудрая шведская система наведения порядка, которая легче и понятнее, чем метод Мари Кондо Смертная уборка: мудрая шведская система наведения порядка, которая легче и понятнее, чем метод Мари Кондо

Дёстеднинг — шведское изобретение для обеспечения комфорта в доме

VOICE
Как перестать постоянно худеть: 5 полезных упражнений — наладьте контакт с телом Как перестать постоянно худеть: 5 полезных упражнений — наладьте контакт с телом

Как отвлечься от недовольства внешностью?

Psychologies
«Только, пожалуйста, останься со мной»: история любви, побеждающей страх «Только, пожалуйста, останься со мной»: история любви, побеждающей страх

Какой сильной бывает любовь

Psychologies
7 страшно интересных фактов о фильмах «Мумия» 7 страшно интересных фактов о фильмах «Мумия»

Настала пора вспомнить ошеломительных «Мумий» с Бренданом Фрейзером

Maxim
Как устроено донорство яйцеклеток в России Как устроено донорство яйцеклеток в России

Как ЭКО с донорскими яйцеклетками решает проблемы тяжелого бесплодия

СНОБ
Комары-самцы потянулись к людям ради знакомства с самками Комары-самцы потянулись к людям ради знакомства с самками

Почему комары, которые не пьют кровь, все равно собираются около людей?

N+1
Посмотрите, каким может быть транспорт в 2050 году! Хотите такое будущее? Посмотрите, каким может быть транспорт в 2050 году! Хотите такое будущее?

Американский эксперт рассказал, каким будет будущее транспорта 2050 года

ТехИнсайдер
Полезная измена: так бывает? Полезная измена: так бывает?

Может ли измена укрепить отношения?

VOICE
Минет: идеи и навыки для большего удовольствия Минет: идеи и навыки для большего удовольствия

Чему учат на тренингах по технике секса?

Psychologies
Как сделать кормушку для птиц: 10 интересных идей, которые будут по силам даже детям Как сделать кормушку для птиц: 10 интересных идей, которые будут по силам даже детям

10 простых идей, как своими руками сделать кормушку из подручных средств

ТехИнсайдер
Лига чемпионов Лига чемпионов

Способны ли российские компании восполнить дефицит технологий?

Robb Report
Неперерабатываемая пластика Неперерабатываемая пластика

Алексей Каллима: искусство мимикрии

Weekend
Открыть в приложении