Йоносферата е какво? Йоносферични слоеве

Земната атмосфера се състои от няколко части, всеки от които има различен състав. Стратосферата, екзосферата, тропосферата, йоносферата и други слоеве предпазват целия живот на планетата от твърдост космическото излъчване.

Йонисфера: състав

Този слой на атмосферата се състои от смес от газове. Те са много малко там, така че те казват за много излишен въздух на тази надморска височина. Ето защо полетите на това място са невъзможни. Повечето от йоносферата на Земята съдържат неутрални атоми на азот и кислород. Но неговият основен състав е квазинеутрална плазма, в която броят на положително заредените частици е приблизително равен на количеството отрицателно заредени частици. Такива йони стават все повече и повече с разстояние от Земята. Ето защо йоносферата понякога се нарича плазмена обвивка на Земята.

Основният състав на йоносферата от 50 до 100 километра над повърхността на Земята е кислород, азот и натрий. Но след 100 километра в него преобладават водород и хелий.

Обяснение на името

Йоносферата е слой на атмосферата, наречен така поради високата степен на йонизация. Нейният източник е рентгеновите и ултравиолетовите слънчеви лъчи. Йоните са отрицателно заредени електрони. В йоносферата, тяхната концентрация е много висока. На йонно ниво е леко засегната магнитосферата на Земята. Но количеството йонизирани електрони най-често се увеличава по време на пламъци на Слънцето, а също и поради преминаването на различни космически тела, например метеоритни частици, минаващи покрай Земята. През нощта, когато няма слънчева радиация, нивото на йонизация се влияе от галактическите космически лъчи.

Избухванията на слънцето водят до потока на елементарни частици - протони, електрони - към Земята. Те засягат всички слоеве на земната атмосфера. Но по-голямата част от твърдата радиация се забавя в йоносферата. В същото време йонизацията рязко се увеличава.

Изследване на йоносферата

Този слой на атмосферата е открит в началото на 20-ти век от учените Е. Апълтън, М. Барнет, Г. Брайт и М. Теу. Те установили, че на 50 км надморска височина има слой от газове, отразяващи радиовълните. Те започнаха да го гледат. Установено е, че йоносферата е постоянно различна. Дори и през деня, нейният състав и други характеристики се променят. Различен брой газове също са зависими от надморската височина. Ето защо йоносферата е разделена на три слоя.

Но пълното разбиране за особеностите на тази част от атмосферата човечеството може да се получи едва през втората половина на 20-ти век. Проучихме го от наземни йоносферични станции. После започнаха да го разглеждат отвътре. На пръв поглед ракети, след това сателитите се изкачиха в горната атмосфера. И хората биха могли да разберат какво е йоносферата. Съставът му е изследван чрез използването на ракети от масов спектрометър. Това също направи възможно измерването на други параметри:

• температура;
• йонна концентрация;
• електрическа проводимост;
• източници на йонизация;
• характеристики на твърдата слънчева радиация.

Йоносферата също се изследва с помощта на радио методи - изучаване на отразени радиовълни. И напоследък започнаха да се използват спътници, на борда има станции и сонди, които изследват йоносферата отгоре. Това даде възможност да се формира представа за най-горния слой, недостъпен за изучаване от Земята.

Йоносферични слоеве

Тази част от атмосферата също е хетерогенна. Разграничава три слоя с различни степени на йонизация и плътност на газа.

• В най-ниския слой, достигащ до 90 километра, йонизацията е най-ниската. Въздухът тук е йонизиран под влиянието на магнитни бури Земята, както и с помощта на рентгеновите лъчи на Слънцето. Ето защо, през нощта тук йонизирането се намалява допълнително.
• Вторият слой варира от 90 до 120 километра. Характеризира се със средна йонна плътност, която се повишава силно през деня под влиянието на слънчевата радиация. В този слой се отразяват средни и къси радиовълни. Тази част от йоносферата също се нарича слой "Kennel-Heaviside", който първо я изследва.
• Останалата йоносфера е на 130 километра над третия слой. Максималното ниво на йонизация тук се наблюдава на надморска височина от около 200 километра. Този слой дава възможност за предаване на краткотрайни радиоразпръсквания на дълги разстояния. Този слой беше открит от английския физик Appleton.

Какъв е озоновия слой?

Под йоносферата се намира озонов слой. Той предпазва Земята от вредните ефекти на ултравиолетовите лъчи и топлинните загуби. Учените са доказали, че озонът е полезен за всички живи същества. Намаляването на броя или пълното му отсъствие засяга здравето на хората. Озоновите отвори, открити в края на 20-и век, причиняват увеличение на броя на раковите заболявания. Някои учени свързват такива процеси не с излъчването на газове от земната повърхност, а с унищожаването на горните йонизирани слоеве на атмосферата, които започнаха да пренасят вредно ултравиолетово лъчение.

Влияние на йоносферата върху радиосъобщенията

Висока степен йонизация на въздуха в този слой на атмосферата може да повлияе на радиовръзката. Отрицателно заредените частици, които се движат хаотично, могат да променят посоката на радиовълните и дори да погълнат енергията си. В резултат на това съществуват силни смущения, временното изчезване на радиокомуникациите или, обратно, подобряването на разнообразието на далечни радиостанции.

Учените са доказали, че това е йоносферата - това е слоят на атмосферата, който прави възможно размножаването на радиовълни. Така се случи, че благодарение на тези вълни този слой беше открит през 20-те години.

За по-точно предаване на радиовълни на дълги разстояния е необходимо да се намерят в йоносферата точки на пречупване, отразяващи от което ще паднат точно до мястото, където е необходимо. Проблемът е също, че част от енергията се абсорбира от отрицателно заредените йони. Това се свързва с явление, при което дългите вълни бързо се разпадат в йоносферата и се предават по-добре къси. Освен това радио комуникацията се влошава по време на магнитни бури, при които йонизацията намалява.

Унищожаване на йоносферата

Всеки знае защо Земята се нуждае от атмосфера. Йоносферата е неговият слой, който предпазва останалите слоеве от твърдо космическо излъчване. Затова е много важно неговият състав да се поддържа на нормално ниво. Но човешката дейност през последните години води до това, че този слой на атмосферата започва да се разпада. Например, когато стартира Скайлебска космическа лаборатория, огромно количество водород се отделя в йоносферата.

Други ракети носители нямат никакъв ефект върху състава на атмосферата. Космическа совалка излъчва голямо количество хлор, въглероден окис, алуминиев оксид, водород при изгаряне на гориво. А RN Energia е много азотен оксид. Всичко това активно унищожава слоевете на йоносферата и води до намаляване на количеството озон. Останките от гориво се натрупват дълго време в горната атмосфера. Особено много от тях съдържат стратосферата. Йоносферата е много чувствителна към промените в нейния състав, така че йоните бързо се унищожават.

Оказва се, че когато започнете космически кораб по целия маршрут на полета се образува коридор, т.нар. йоносферичен отвор. В този момент космическите лъчи могат да проникнат в атмосферата и да достигнат повърхността на Земята, което засяга неблагоприятно всички живи организми.

Северно осветление

Йоносферата е мястото, където се формира такова невероятно явление, подобно на северните светлини. Тя възниква под въздействието на радиация от космоса. Когато заредени космически частици, движещи се към Земята, навлизат в горните слоеве на йоносферата, възниква йонно смущение, което се възприема отдолу като красива ирисово блясък. Всъщност този процес е неутрализация в йоносферата на вихри от заредени частици, идващи от Слънцето. Ако не за този слой, "слънчевият вятър" ще унищожи целия живот на Земята.