Планета Земля и ее атмосфера. Земля как планета. Форма и размеры. Гравитационное поле. Магнитное поле., страница 13

Характеристики ионосферных слоев. Закономерности изменения параметров ионосферы т. е. степени ионизации, или n_е, ионного состава и эффективного коэффициента рекомбинации различны в разных областях ионосферы; это обусловлено в первую очередь значительным изменением по высоте концентрации и состава нейтральных частиц верхней атмосферы.

В области D наблюдаются наиболее низкие n_е<10⁹ м^-3. От всей остальной части ионосферы область D отличается тем, что наряду с положительными ионами в ней наблюдаются отрицательные ионы, которые и определяют многие свойства области D.

При переходе ото дня к ночи, в области D концентрация электронов n_е резко уменьшается и соответственно уменьшается поглощение радиоволн, поэтому раньше считали, что ночью слой D исчезает. В момент солнечных вспышек на освещённой стороне земной поверхности сильно возрастает интенсивность поступающего от Солнца рентгеновского излучения, увеличивающего ионизацию области D, что приводит к увеличению поглощения радиоволн, а иногда даже к полному прекращению радиосвязи,— т. н. внезапное ионосферное возмущение или эффект Делинджера. Продолжительность таких возмущений обычно 0,3…1,5 ч. Более длительные и более значительные поглощения бывают на высоких широтах (т. н. поглощения в полярной шапке — ППШ). Повышенная ионизация здесь вызывается солнечным корпускулярным излучением (в основном протонами с энергией в 5…20 МэВ), которые способны проникнуть в атмосферу до высот 50…90 км только в районах магнитных полюсов (полярных шапок). Длительность явлений ППШ достигает иногда нескольких суток.

Область ионосферы на высотах 100…200 км, включающая слои Е и F₁, отличается наиболее регулярными изменениями. Это обусловлено тем, что именно здесь поглощается основная часть коротковолнового ионизующего излучения Солнца.

Ночью, из-за отсутствия источников ионизации в области 125…160 км, значение n_е сильно уменьшается, однако в области Е на высотах 100…120 км обычно сохраняется довольно высокая концентрация электронов n_е = (3…30)_*10⁹ м^-3. О природе источника ночной ионизации в области Е мнения расходятся т. е. ее причина не известна.

На высотах 100…120 км (области D и Е) часто наблюдают кратковременные необычайно узкие слои повышенной ионизации (т. н. спорадические слои Е_S,), состоящие в основном из ионов металлов Mg⁺, Fe⁺, Ca⁺ и др. За счёт спорадических слоев Es возможно дальнее распространение ТВ передач.

Концентрация ионов 0⁺ становится больше 50% выше уровня 170…180 км днём и выше 215…230 км утром, вечером и ночью. Выше и ниже этого уровня условия образования ионосферы совершенно различны. Днём ниже этого уровня образуется слой F₁, наличие которого регулярно наблюдается на ионограммах преимущественно летом и в основном при низкой активности Солнца, а в максимуме активности зимой он вообще не наблюдается. Выше указанного уровня создаются благоприятные условия для образования области F₂.

Поведение главного максимума ионизации, или области F, является очень сложным, оно коренным образом отличается от поведения областей Е и F₁. Так, хотя, в среднем, электронная концентрация в слое F₁ определяется солнечной активностью, но ото дня ко дню она сильно изменяется. Максимум n_е в суточном ходе бывает сдвинут относительно полудня, при этом сдвиг зависит от широты, сезона и даже долготы. Сезонной аномалией называют необычное увеличение n_е зимой по сравнению с летним сезоном. В экваториальной области до полудня имеется один, а после полудня и ночью — два максимума n_e, расположенных на геомагнитных широтах ± 15° (т. н. экваториальная геомагнитная аномалия). На высоких широтах также обнаружено необычное поведение области F и, в частности, образование узкой зоны пониженной ионизации, идущей параллельно зоне полярных сияний, где наблюдается повышенная ионизация. Всё это говорит о том, что помимо солнечного излучения изменения n_e в области F определяются рядом геофизических факторов.