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

Жизнь под буквами Жизнь под буквами

Населенные пункты с самыми длинными названиями, состоящими из одного слова

Вокруг света
Самые экологичные гонки Самые экологичные гонки

Что будет, если скрестить «Дакар» и ралли-кросс на машинах с электродвигателями?

ТехИнсайдер
Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника

Ещё вчера трава была вашим врагом, а сегодня это ваш друг и лучший помощник!

Наука и жизнь
Как планеты спасают воду от слишком активных звезд: неожиданное исследование Как планеты спасают воду от слишком активных звезд: неожиданное исследование

Планета может сохранить воду, даже если её омывали потоки солнечной радиации

ТехИнсайдер
Спасти мир от самого себя Спасти мир от самого себя

Непростая история одного из создателей атомной бомбы

Наука
Плохое психическое здоровье студентов провоцирует бросить учебу. Серьезная ли это проблема? Плохое психическое здоровье студентов провоцирует бросить учебу. Серьезная ли это проблема?

Все больше студентов готовы бросить учебу из-за плохого душевного состояния

ТехИнсайдер
Королевский детектив Королевский детектив

В 1694 году Филипп Кристоф фон Кёнигсмарк вошёл во дворец Эрнста Августа

Дилетант
Как Хелен Миррен снималась в сериале «Главный подозреваемый» Как Хелен Миррен снималась в сериале «Главный подозреваемый»

Отрывок из книги Лилии Шитенбург «Хелен Миррен: Не называйте меня “мэм”»

СНОБ
«Лягушка в кипятке»: как мы привыкаем к домашнему насилию «Лягушка в кипятке»: как мы привыкаем к домашнему насилию

Что такое синдром «лягушки в кипятке»

Psychologies
«Как прокачать устойчивость к переменам?»: 6 главных вопросов и ответов о жизни в трудные времена «Как прокачать устойчивость к переменам?»: 6 главных вопросов и ответов о жизни в трудные времена

Как позаботиться о себе и адаптироваться к новому в эпоху перемен?

Psychologies
Пять причин, почему искусственный интеллект не сможет заменить программистов Пять причин, почему искусственный интеллект не сможет заменить программистов

Почему работать с профессионалами выгоднее, чем с искусственным интеллектом

Forbes
Как в России вынесли первый приговор за p2p-торговлю на криптобирже Как в России вынесли первый приговор за p2p-торговлю на криптобирже

Первое уголовное дело, связанное с p2p-торговлей

Forbes
Яичная диета Яичная диета

4 варианта похудения на привычном продукте

Лиза
Amirchik: «У меня такой период, когда я бы с радостью не трогал телефон вообще» Amirchik: «У меня такой период, когда я бы с радостью не трогал телефон вообще»

Amirchik — о том, почему его удручают соцсети и что делает счастливым

ЖАРА Magazine
Почему возраст в паспорте и «по ощущениям» часто расходятся Почему возраст в паспорте и «по ощущениям» часто расходятся

В чем преимущество того, что мы чувствуем себя моложе своих лет

РБК
Время для размышлений и тревог: как научиться отключаться перед сном — 4 простых шага Время для размышлений и тревог: как научиться отключаться перед сном — 4 простых шага

Как заставить себя спать?

Psychologies
Если партнер манипулирует чувством вины: 3 шага противодействия Если партнер манипулирует чувством вины: 3 шага противодействия

Что делать, если вы постоянно испытываете чувство вины в паре?

Psychologies
Как человеку работать рядом с роботом? Учимся внедрять ИИ в производственный процесс Как человеку работать рядом с роботом? Учимся внедрять ИИ в производственный процесс

Стоит ли опасаться того, что роботы окончательно заменят человеческий труд?

ТехИнсайдер
Кодекс ухода за лицом для женщин 50+: запомни эти 8 простых правил Кодекс ухода за лицом для женщин 50+: запомни эти 8 простых правил

Простая формула ухода за зрелой кожей, которая поможет повернуть время вспять

VOICE
5 книг об удивительных путешествиях: истории от первого лица, которые захватывают дух 5 книг об удивительных путешествиях: истории от первого лица, которые захватывают дух

Книги, написанные самыми смелыми путешественниками

ТехИнсайдер
Как познакомиться с девушкой при помощи хиромантии Как познакомиться с девушкой при помощи хиромантии

Отрываем от сердца секретную технологию соблазнения

Maxim
Мужчина потерял память после автокатастрофы, но вспомнил все благодаря песне из 80-х Мужчина потерял память после автокатастрофы, но вспомнил все благодаря песне из 80-х

Волшебная и лечебная сила музыки поражает!

ТехИнсайдер
Алексей Баталов: «Теперь мне страшно вспоминать, сколько раз я отказывался от роли Гоши, не подозревая, какой это будет фильм» Алексей Баталов: «Теперь мне страшно вспоминать, сколько раз я отказывался от роли Гоши, не подозревая, какой это будет фильм»

Я — бродяга и много раз бросал кино, занимаясь совсем другим

Караван историй
Идеальный баланс Идеальный баланс

Основной особенностью этого интерьера стала его многослойность

SALON-Interior
Как влюбить в себя другого: «методичка» от психолога Как влюбить в себя другого: «методичка» от психолога

Реально ли влюбить в себя человека без SMS, регистрации и приворотов?

Psychologies
Гомеопатия: что есть яд, а что — лекарство? Гомеопатия: что есть яд, а что — лекарство?

Гомеопатия: разбираемся, что это такое и как она работает

ТехИнсайдер
Челка-шторка: как подстричь и уложить, советы стилиста Челка-шторка: как подстричь и уложить, советы стилиста

Кому идет челка-шторка, как ее сделать и правильно укладывать

РБК
В игристом настроении В игристом настроении

Брют: в чем отличие этого изысканного напитка от других игристых вин

Лиза
Переложение для восьми волосов Переложение для восьми волосов

Генетики хотели разобраться со здоровьем Бетховена, но уперлись в генеалогию

N+1
5 признаков кризиса в ваших отношениях 5 признаков кризиса в ваших отношениях

Как восстановить баланс в паре?

Psychologies
Открыть в приложении