Планета Земля и ее атмосфера. Земля как планета. Форма и размеры. Гравитационное поле. Магнитное поле., страница 12

Верхний слой F соответствует главному максимуму ионизации ионосферы. Ночью он поднимается до высот ~ 300…400 км, а днём (преимущественно летом) раздваивается на слои F₁ и F₂ с максимумами ионизации на высотах 160…200 км и 220…320 км. На высотах 90…150 км находится область Е, а ниже 90 км область D. Слоистость ионосферы обусловлена резким изменением по высоте условий её образования.

Применение сначала ракет, а потом и ИСЗ позволило получить более надёжную информацию о верхней атмосфере, непосредственно измерить ионный состав (при помощи масс-спектрометра) и основные физические характеристики ионосферы (температуру, концентрацию ионов и электронов) на всех высотах, исследовать источники ионизации — интенсивность и спектр коротковолнового ионизующего излучения Солнца и разнообразных корпускулярных потоков. Это позволило объяснить регулярные изменения в ионосфере. При помощи ИСЗ, удалось исследовать верхнюю часть ионосферы, расположенную выше максимума слоя F и поэтому недоступную для изучения наземными ионосферными станциями.

Было установлено, что:

Ø температура и электронная концентрация n_е в ионосфере резко растут до области F (см. таблицу 2.5-6.11. и рисунок 2.5-6.7.);

Ø

в верхней части ионосферы рост температуры замедляется, а n_е выше области F уменьшается с высотой сначала постепенно (до высот 15…20 тыс. км — до т. н. плазмопаузы), а потом более резко, переходя к низким концентрациям n_е в межпланетной среде.

Образование ионосферы. В ионосфере непрерывно протекают процессы ионизации и рекомбинации. Наблюдаемые в ионосфере концентрации ионов и электронов есть результат баланса между скоростью образования их в процессе ионизации и скоростью уничтожения за счёт рекомбинации и других процессов.

Основным источником ионизации газа в ионосфере днём является коротковолновое излучение Солнца с длиной волны λкороче 103,8 нм, однако важны также и корпускулярные потоки, галактические и солнечные космические лучи и т. п. Каждый тип ионизующего излучения оказывает наибольшее действие на атмосферу лишь в определённой области высот, соответствующих его проникающей способности. Так, например, мягкое коротковолновое излучение Солнца с λ= 8,5…91,1 нм большую часть ионов образует на высотах 120…200 км (но действует и выше), тогда как более длинноволновое излучение с λ~ 91,1…103,8 нм вызывает ионизацию на высотах 95…115км, т. е. в области Е, а рентгеновское излучение с λ короче 8,5 нм — в верхней части области D на высотах 85…100 км. В нижней части области D, ниже 60…70 км днём и ниже 80…90 км ночью, ионизация осуществляется т. н. галактическими космическими лучами.

Процессом, обратным ионизации, является процесс рекомбинации. Скорость исчезновения ионов в ионосфере характеризуется эффективным коэффициентом рекомбинации α', который определяет значение n_е и его изменения во времени. Значение α' для различных областей ионосферы различны (см. таблицу 2.5-6.11.).

Состав ионосферы. Под воздействием ионизующих излучений в ионосфере происходят сложные физико-химические процессы, которые можно подразделить на три типа: ионизацию, ионно-молекулярные реакции и рекомбинацию, соответствующие трём стадиям жизни ионов: их образованию, превращениям и уничтожению. В разных областях ионосферы каждый из этих процессов проявляется по-своему, что приводит к различию ионного состава атмосферы по высоте. Так, днём на высоте 85…200 км преобладают положительные, молекулярные ионы N0⁺ и О₂⁺; выше 200 км в области F — атомные ионы О⁺; а выше 600…1000 км — протоны Н⁺. В нижней части области D (ниже 70…80 км) существенно образование комплексных ионов гидратов типа (Н₂0)_n*Н⁺ (кластеры), а также отрицательных ионов, из которых наиболее стабильны ионы N0₂^–, и N0₃^–. Отрицательные ионы наблюдаются лишь в области D.