Ионосфера. Ионизация. Соотношение между концентрацией свободных электронов и отрицательных ионов. Отражение радиоволн от ионосферы, страница 16



[1] G. Marconi (1874-1937) – итальянский радиотехник. В 1897 г. получил патент на изобретение радиоприемника. Лауреат  Нобелевской премии (совместно с К.Ф. Брауном) 1909 г.

[2] Говорят, что Маркони заключил пари и выиграл его. Учитывая, что к тому времени о распространении радиоволн было известно очень мало, можно судить, насколько авантюрный характер был у этого человека.

[3] Электропроводность в ионосфере очень велика. На высоте 100 км она равна 105 – 106 с-1, то есть, в  109 – 1010  раз больше, чем у земной поверхности.

[4] Амбиполярная диффузия - совместная диффузия противоположно заряженных частиц  в направлении падения их концентрации. В плазме ионы и электроны не могут диффундировать независимо друг от друга, иначе нарушалась бы квазинейтральность плазмы. Уже незначительное отклонение от квазинейтральности приводит к возникновению сильных электрических полей, препятствующих дальнейшему разделению зарядов. Поэтому «отстающие» частицы тормозят движение частиц «вырвавшихся» вперед. Если коэффициенты диффузии частиц противоположных зарядов сильно отличаются друг от друга, такое торможение приводит к тому, что процесс в целом характеризуется диффузией, более быстрой, чем диффузия медленных частиц, и более медленной, чем диффузия быстрых частиц. Коэффициент амбиполярной диффузии оказывается  приблизительно в два раза больше коэффициента диффузии медленных частиц. Так, например, в отсутствие магнитного поля более легкие и подвижные электроны диффундируют значительно быстрее ионов. При этом коэффициент амбиполярной диффузии равен удвоенному коэффициенту диффузии ионов. В случае диффузии поперек магнитного поля коэффициент диффузии ионов гораздо больше (из-за большого циклотронного радиуса), и коэффициент амбиполярной диффузии равен удвоенному коэффициенту диффузии электронов.

В случае, когда плазма не является электрически изолированной, приведенные соображения могут оказаться неверными, и диффузия перестает быть амбиполярной.

[5] В принципе всегда существует вероятность ионизации при столкновении двух атомов и молекул. Однако вероятность такого процесса при атмосферных температурах крайне низка. Поэтому нет никаких оснований, чтобы всерьез рассматривать такой механизм, по крайней мере, в той части атмосферы, где температура не намного отличается от 270о К.

[6] То есть, доля заряженных частиц пренебрежимо мала по сравнению с нейтральными.

[7] В нашей модели, согласно реакции (10.3) и с учетом изложенного в разд.  8.2 это будет .

[8] Трудно сказать, каково должно быть  соотношение между концентрацией заряженных и нейтральных частиц, чтобы назвать газ плазмой. По крайней мере, во многих ситуациях, когда это соотношение весьма мало,  мы все-таки рассматриваем газ как плазму.

[9] Кстати, энергия теплового движения  при обычных температурах составляет около 0.04 эВ, а энергия фотоэлектронов, выбитых из атомов и молекул воздуха, имеет порядок 10 эВ!

[10] Можно показать, что в случае резонанса установившаяся амплитуда колебаний такова, что приобретенная за счет действия внешней силы энергия за один период колебаний полностью расходуется на преодоление сил трения (работу против сил трения). Если бы это было не так, амплитуда колебаний или увеличивалась бы, или уменьшалась. Такая ситуация соответствует неустановившемуся равновесию.

[11] Ситуация в плазме во многом аналогична механизму взаимодействия электромагнитных волн с металлом. Житейские опыты с зеркалом позволяют судить, насколько хорошо металлы отражают электромагнитное излучение. Эффект отражения здесь тоже обусловлен наличием свободных электронов в металле. Вместе с тем, также как и в плазме, при увеличении частоты излучения металлы начинают его пропускать: рентгеновское и гамма-излучение весьма свободно проникают через значительные толщи металла.

[12] Вернер фон Браун (Braun, 1912-1977). Во время второй мировой войны Браун в Германии занимался конструированием реактивных снарядов ФАУ. С 1945 г. жил и работал в США.

[13] В условиях высокой разреженности атмосферы и малой частоты столкновений ионная компонента тока становится также существенной.