В дневное время основным источником ионов и электронов в области Е является солнечное излучение с λ<102 нм (ультрафиолетовое и мягкое рентгеновское). Эта область образуется в основном за счет ионизации молекулярного и атомного кислорода и молекулярного азота. В результате быстрых ионно-молекулярных реакций в области Е образуется также заметное количество ионов NO+, так что доминирующими в этой области являются молекулярные ионы NO+ и O2+.
Область F формируется в основном за счет ионизации атомного кислорода и молекулярного азота жестким ультрафиолетовым излучением (9-91 нм). Атомарный азот хорошо ионизируется излучением с длиной волны λ< 80 нм, однако на высотах около 200 км концентрации атомарного азота малы по сравнению с N2, O2 и O. Это связано с низкой эффективностью фотодиссоциации молекулярного азота.
Прекращение действия основного источника ионизации – солнечного излучения резко уменьшает скорость ионизации, однако не исключает ее полностью. Чтобы поддерживать достаточно высокие, бóльшие 103 см-3, концентрации ионов в областях Е и F необходим источник со скоростью порядка 10 пар ионов в 1 см3 за секунду. В дневное время столь слабые источники практически незаметны на фоне мощного потока коротковолнового солнечного излучения.
Одним из таких источников является резонансное рассеяние солнечного излучения на атомах водорода и гелия в геокороне, простирающейся на большие расстояния от Земли. Плотность вещества на таких расстояниях чрезвычайно мала, и обычное рассеяние не приводит к сколько-нибудь заметным результатам. Однако резонансное рассеяние отличается в сотни и тысячи раз большей эффективностью. При этом излучение, рассеянное в коротковолновых линиях гелия (30.4, 58.4 нм), сильно поглощается атмосферными газами, не проникает глубоко в ионосферу и расходует свою энергию на высотах 140-170 км. Излучение в водородных линиях Lα (121.6 нм) и Lβ (98.3 нм) поглощается значительно слабее, проникает глубже в атмосферу и способно создавать ионизацию непосредственно в области Е. Менее энергичные кванты излучения Lα способны ионизировать лишь молекулы NO, но зато могут проникать в самую нижнюю часть области Е и даже в область D. Получается, что вклад рассеянного излучения Lα в ночную ионизацию сильно зависит от концентрации малой составляющей атмосферы NO, которая сама по себе весьма изменчива в зависимости от условий. Излучение в линии Lβ кроме NO способно также ионизировать и молекулы кислорода, являющиеся одной из основных составляющих области Е, действует наиболее эффективно на высоте около 120 км (максимум области Е) и не проникает глубже 95-110 км.
Кроме того, свой вклад в ионизацию могут давать рентгеновское и корпускулярное излучения космических источников, однако роль этих источников до сих количественно не оценена. В последнее время всерьез обсуждаются также и такие механизмы, как, например, «подпитка» ионосферы в ночное время потоками ионов из «протоносферы».
В результате рекомбинации происходит уничтожение заряженных частиц. Рассмотрим механизм рекомбинации положительного молекулярного иона с электроном. При соединении молекулярного иона XY+ с электроном, как и при всякой другой рекомбинации, выделяется энергия, ранее затраченная на ионизацию. Эффективность процесса рекомбинации (константа скорости реакции), очевидно, зависит от того, насколько эффективно происходит высвобождение этой избыточной энергии. В случаях радиативной рекомбинации (энергия высвобождается в виде излучения) и реакции тройных соударений (энергия уносится третьей частицей) эта эффективность мала. В случае диссоциативной рекомбинации избыток энергии сначала идет на возбуждение нейтральной молекулы XY в состояние, которое оказывается нестабильным. В результате молекула распадается на составляющие ее атомы. При этом продукты реакции могут также оказаться в возбужденном состоянии. Такой путь высвобождения избыточной энергии наиболее эффективен, и константа скорости диссоциативной рекомбинации на несколько порядков превышает, например, соответствующую константу радиативной рекомбинации. Отсюда можно заключить, что время жизни атомных ионов, не способных к диссоциативной рекомбинации, существенно превышает время жизни молекулярных ионов. Однако этот вывод справедлив, только если атомные ионы не теряются в быстрых ионно-молекулярных реакциях.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.