Как ионосфера взаимодействует с другими геосферными оболочками?

Наука и жизньНаука

Ионосфера: между космосом и землёй

Извержение вулкана Хунга, снятое камерой беспилотника. Источник: Tonga Geological Services

Ионосферу обнаружили не так уж давно, около ста лет назад. Хотя само предположение о существовании высокопроводящего атмосферного слоя высказал в 1839 году Карл Фридрих Гаусс, экспериментальные доказательства того, что вокруг Земли есть содержащая заряженные частицы оболочка, влияющая на радиосвязь, получили лишь в начале XX века*. Потом целая плеяда физиков занималась формированием современных представлений о структуре этого слоя. Сейчас внимание исследователей сфокусировано на взаимодействии ионосферы с другими геосферными оболочками.

* См. статью «Зачем греют небо. Мифы и правда», «Наука и жизнь» № 8, 2013 г.

Слово — доктору физико-математических наук Сергею Шалимову, заведующему лабораторией физики межгеосферных процессов Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта.

Беседу ведёт Наталия Лескова.

Сергей Львович Шалимов.

— Сергей Львович, вы занимаетесь исследованиями процессов в ионосфере. Почему важно их изучать?

— Ионосфера — это верхняя часть атмосферы, газовой оболочки Земли. Она ионизована солнечным излучением, то есть помимо нейтральных атомов и молекул там есть электроны и ионы, отсюда и её название. По сути, это плазменная оболочка Земли.

Ионосфера начинается там, где ионизация уже влияет на распространение радиоволн: может происходить их отражение и преломление в плазме, а также рассеяние на неоднородностях электронной плотности. А у нас все коммуникации, вся связь построены на радиоволнах разного диапазона. В частности, через ионосферу проходят сигналы спутников глобальной навигационной системы. Несмотря на то, что частоты этих сигналов достаточно высокие и ионосфера влияет на них не так сильно, тем не менее она вносит свой вклад в распространение сигнала.

Нижняя часть ионосферы — это слабо ионизованная плазма. Если же подняться повыше, то мы обнаружим чисто плазменную оболочку, практически не содержащую нейтральных частиц. Там царят исключительно электроны и ионы, погружённые в геомагнитное поле. Это магнитосфера — магнитная оболочка Земли. Магнитное поле, которое генерируется в жидком ядре планеты, на поверхности близко к дипольному полю, то есть к полю обычного магнита. Представим, что такой магнит находится где-то близко к центру Земли, и тогда получится, что силовые линии магнитного поля выходят из одного полюса и входят в другой. Именно это дипольное поле обеспечивает защиту планеты от корпускулярных потоков солнечного ветра. Магнитная оболочка не даёт солнечному ветру проникнуть в нижние слои атмосферы, он как бы обтекает Землю. Вместе магнитосфера и нижележащая часть ионосферы защищают нас и от солнечной радиации, и от солнечного ветра. Основная часть жёсткой радиации поглощается именно в ионосфере. Это поглощение и приводит к ионизации атомов и молекул, то есть, собственно, и создаёт ионосферу.

Искажение сигналов со спутника из-за неоднородности ионосферы. Источник: AFRL, NASA (с изменениями)

— А как же озон, в чём его защитная роль?

— Озон, слой которого располагается в атмосфере ниже ионосферы, поглощает часть ультрафиолета, относительно жёсткую его составляющую. Но по сравнению с ионосферой — это немного.

— Что даёт изучение ионосферы на практике?

— Изучая ионосферу, определяют концентрацию заряженных частиц, получают полное электронное содержание и его вариации. А они говорят о том, какая ионосфера в данный момент над нами. В зависимости от того, что там происходит, мы можем, например, сказать, устойчива связь или нет. Есть примеры, когда неоднородности электронной плотности в ионосфере влияли на устойчивость радиосвязи. Если в верхней ионосфере образовалась дыра с резкими границами (имеется в виду область с пониженной электронной концентрацией), то на этих границах, согласно законам физики плазмы, генерируется плазменная турбулентность, которая приводит к мелкомасштабным неоднородностям электронной плотности — метровым, сантиметровым.И они очень сильно влияют на высокочастотные радиосигналы, рассеивая их. А, скажем, отсутствие связи в критические моменты может приводить и к трагическим последствиям.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Плутон. В долине гранатовых «льдов» Плутон. В долине гранатовых «льдов»

Что могли бы увидеть земляне, оказавшись посреди гладких льдов Плутона?

Наука и жизнь
Как IT-сервисы проходят путь от внутреннего инструмента до публичного решения Как IT-сервисы проходят путь от внутреннего инструмента до публичного решения

Как множество компаний создают внутренние инструменты для своих целей

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Поиск жизни на ближайших планетах натолкнулся на великое молчание

Наука и жизнь
Не до шуток: можно ли на самом деле умереть от смеха? Не до шуток: можно ли на самом деле умереть от смеха?

Что будет, если смеяться слишком долго?

ТехИнсайдер
«Когорта добромыслящих» «Когорта добромыслящих»

Специализированная политическая полиция появилась по «обдуманному плану»

Дилетант
Букет угроз: какие киберриски из 2022-го останутся актуальными в этом году Букет угроз: какие киберриски из 2022-го останутся актуальными в этом году

В киберпространстве нарастает напряжение

Forbes
Лечить нельзя исправить Лечить нельзя исправить

Можно ли редактировать геном людей?

ТехИнсайдер
Воображая интернет: как появились сетевые манифесты Воображая интернет: как появились сетевые манифесты

Манифесты ― ключевой формат дискуссий интернета

ТехИнсайдер
«Мешалка» или «Притворщик»: 4 типа токсичных друзей «Мешалка» или «Притворщик»: 4 типа токсичных друзей

А что, если среди ваших друзей тоже есть токсичные люди?

Psychologies
Возраст и рацион: как с помощью диеты сохранить активность и здоровье Возраст и рацион: как с помощью диеты сохранить активность и здоровье

Есть ли взаимосвязь возраста и режима питания?

РБК
Психолог — о возрастных стереотипах и «третьей молодости» Психолог — о возрастных стереотипах и «третьей молодости»

Как наслаждаться второй половиной жизни?

РБК
По рыбным местам По рыбным местам

Куда лучше отправиться в этом году на рыбалку

Деньги
Как бывший гендиректор Microsoft строит новую арену для собственного клуба НБА Как бывший гендиректор Microsoft строит новую арену для собственного клуба НБА

Как Стив Балмер строит для «Лос-Анджелес Клипперс» роскошную спортивную арену

Forbes
Утомлённые школой Утомлённые школой

Почему в начале весны многие дети начинают больше болеть и хуже учиться?

Здоровье
Как модель Vogue Ли Миллер стала военным фоторепортером во время Второй мировой войны Как модель Vogue Ли Миллер стала военным фоторепортером во время Второй мировой войны

Модель и фотограф Ли Миллер главные свои снимки она сделала под бомбежками

Forbes
Как сделать кормушку для птиц: 10 интересных идей, которые будут по силам даже детям Как сделать кормушку для птиц: 10 интересных идей, которые будут по силам даже детям

10 простых идей, как своими руками сделать кормушку из подручных средств

ТехИнсайдер
Смотреть подано: 10 крутых фильмов 2019 года, которые стоит пересмотреть Смотреть подано: 10 крутых фильмов 2019 года, которые стоит пересмотреть

Подборка хороших фильмов 2019 года

ТехИнсайдер
Лёгкое дыхание Лёгкое дыхание

Лаконичный интерьер, в котором дизайнеры оживили акцентами каждую зону

Идеи Вашего Дома
Wildberries и партнеры: нужно ли ужесточать регулирование маркетплейсов Wildberries и партнеры: нужно ли ужесточать регулирование маркетплейсов

Стоит ли законодательно регулировать деятельность маркетплейсов?

Forbes
Рыба-кит: как стартап «Много лосося» живет внутри X5 Group Рыба-кит: как стартап «Много лосося» живет внутри X5 Group

Как компания X5 Group помогла стартапу «Много лосося»

Forbes
Родившая троих детей Маргарита Родина из «Женского стендапа» рассказала о личной жизни Родившая троих детей Маргарита Родина из «Женского стендапа» рассказала о личной жизни

Маргарита Родина — о женском стендапе и своих детях

VOICE
Михаил Фоменко: австралийский тарзан из СССР, который 60 лет прожил в диких джунглях Михаил Фоменко: австралийский тарзан из СССР, который 60 лет прожил в диких джунглях

Михаил Фоменко — один из символов Австралии

ТехИнсайдер
Властелин пива и кетчупа Властелин пива и кетчупа

Как сделал состояние самый богатый бразильский швейцарец

Деньги
ELSEA: «Не хочу быстрой популярности» ELSEA: «Не хочу быстрой популярности»

ELSEA рассказала о себе и своих первых шагах в музыке

ЖАРА Magazine
Общение без раздражения: 5 правил коммуникации с пожилыми родителями Общение без раздражения: 5 правил коммуникации с пожилыми родителями

Пять вещей, которые важно помнить в момент заботы о престарелых родственниках

Psychologies
Психологический триллер «Айта»: суд Линча во глубине сибирских руд Психологический триллер «Айта»: суд Линча во глубине сибирских руд

Степан Бурнашев — о психологических темах в своем фильме «Айта»

Psychologies
Клиника, мать и два дитя Клиника, мать и два дитя

«Медея»: русский хоррор осваивает античный миф

Weekend
Дай лапу! Дай лапу!

Сотрудники фонда «РЭЙ» – о тех, с кем они не смогли расстаться

Новый очаг
Ставка на ценность: как покорить биржу акциями скучных компаний Ставка на ценность: как покорить биржу акциями скучных компаний

Для фондового менеджера Клиффорда Аснесса настал час возмездия

Forbes
Михаил Миндлин — о том, как решить спор между музеями и РПЦ и где грань между идеологией и PR Михаил Миндлин — о том, как решить спор между музеями и РПЦ и где грань между идеологией и PR

Как решить спор о перевозке древних икон?

СНОБ
Открыть в приложении