Особенностью системы горизонтальных ветров на высотах 100-200 км является сильная изрезанность вертикального профиля ветра. Наиболее ярко это проявляется в ночное время, когда в слоях, отстоящих друг от друга на 5-7 км, ветер может дуть в противоположные стороны. В нижней ионосфере заряженные частицы движутся вместе с незаряженными, однако на больших высотах движение ионов происходит по преимуществу независимо от движения нейтральных частиц и в значительной мере определяется магнитным полем. В ионосфере также наблюдаются приливы и отливы.
В настоящее время мнение о том, что ионосфера разделена по вертикали на дискретные слои, подвергается ревизии. Некоторые исследования указывают на то, что ионные облака являются основными структурными элементами ионосферы. Результаты других исследований согласуются с представлением об ионосфере, как протяженной ионизованной области атмосферы, характеризующейся более-менее случайными флуктуациями электронной плотности.
Принято считать, что на высотах 100-200 км динамика атмосферы не влияет заметным образом на концентрации заряженных частиц. Дело в том, что время жизни заряженных частиц на таких высотах днем составляет от десятков до сотни секунд. При возможных скоростях вертикальных и горизонтальных движений на этих высотах процессы переноса не успевают переместить заряженные частицы на заметные расстояния в течение их времени жизни и привести к нарушению фотохимического равновесия. Ночью время жизни заряженных частиц увеличивается, и некоторые процессы переноса могут оказаться существенными.
На высотах, где влияние динамических процессов мало, количество заряженных частиц в единице объема целиком определяется процессами ионизации и рекомбинации. Правда, здесь следует учесть возможность так называемых ионно-молекулярных реакций, в ходе которых происходит преобразование ионов одного сорта в другой. Поэтому на самом деле процесс рекомбинации заключает в себе весьма большое число отдельных реакций рекомбинации между ионами различных видов.
В то же время для понимания природы слоя F2 недостаточно рассмотрения только взаимодействия процессов ионизации и рекомбинации. Динамические процессы на высотах слоя способны осуществлять перераспределение заряженных частиц и влиять на устанавливаемое соотношение концентраций.
Из экспериментов ясно, что ночью концентрация электронов в слое падает приблизительно на порядок, а высота максимума их концентрации повышается примерно на 100 км. Частично такое смещение объясняется ослаблением ионизирующих излучений, частично вертикальным переносом заряженных частиц под действием горизонтального ветра. Подъем заряженных частиц приводит к уменьшению скорости их рекомбинации, которая пропорциональна плотности частиц. В результате оказывается, что для поддержания существования ночью области F2 достаточно весьма слабой «подкачки» ионизацией. Такая подкачка осуществляется потоками заряженных частиц из более высоких областей.
Солнечное ультрафиолетовое излучение с длиной волны меньше 102 нм не проникает в атмосферу ниже 120-140 км. Оно является основным источником ионизации в верхней и средней ионосфере и там эффективно поглощается (102 нм – максимальная длина волны фотона, способного ионизовать молекулу кислорода, наиболее легко ионизуемую среди составляющих атмосферы N2, O2, O). Мягкое рентгеновское излучение также эффективно поглощается в верхних слоях ионосферы.
Рентгеновское излучение с длиной волны от 1 до 10 нм ионизирует нейтральные частицы на высотах 90-120 км, соответствующих области Е. Еще более коротковолновое рентгеновское излучение способно проникать несколько глубже и вызывать ионизацию на высотах 80-90 км. На высотах ниже 65 км возможна ионизация за счет галактических космических лучей, обладающих высокой проникающей способностью. Частичную ионизацию в D-области могут вызывать также потоки электронов с энергиями порядка десятков килоэлектронвольт. Этот источник ионизации действует и в ночное время. Что касается основной части D-области, то здесь главным ионизатором является солнечное излучение в водородной линии Lα.. Оно легко проникает до высот D-области, однако способно ионизировать только весьма специфические молекулы NO и не менее специфические молекулы O2 в возбужденном электронном и колебательном состояниях (см. разд. 7), а также некоторые атомы металлов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.