Энергия образовавшегося свободного электрона связана с энергией частицы космических лучей соотношением

_.

Так как энергия космических лучей велика, считаем, каждая частица космических лучей способна вызвать ионизацию.

Механизмы охлаждения в ионосфере Земли.

Важнейшим механизмом охлаждения является рекомбинация ионов, причем в ионизованном состоянии могут быть атомы и молекулы. Функция охлаждения за счет рекомбинаций равна кинетической энергии, которую теряют электроны при рекомбинациях. Эта энергия потом высвечивается в рекомбинантных линиях

L = < ε > N_rec, где N_rec – число рекомбинаций. Для рекомбинаций частиц одного сорта , суммирование идет по всем уровням, так как рекомбинации могут происходить на любой уровень. Теперь надо учесть многокомпонентность среды, то есть просуммировать по всем типам ионов. Окончательно, - функция охлаждения за счет рекомбинации. Здесь везде считается, что ионизация в ионосфере Земли однократная.

Образующиеся при ионизации свободные электроны, назовем их фотоэлектронами, могут быть энергетически активными по отношению к частицам окружающей среды. То есть их энергии может хватать на ударную ионизацию атомов, ударную диссоциацию молекул или ударное возбуждение атомов или молекул. Приведем примеры реакций:

О + е^- → O⁺ + е + e^- - прямая ударная ионизация атома

O₂ + е^- → O + О - е^- - ударная диссоциация молекулы

O₂ + е^- → O₂⁺ + e^- + е - ударная ионизация молекулы

O₂ + е^- → O⁺ + О + e^- + е - диссоциативная ударная ионизация молекулы

О + е^- → O^* + e^- - ударное возбуждение атома

Во всех этих реакциях свободный электрон тратит часть своей кинетической энергии на разрыв связей внутри атомов, молекул, или на возбуждение атомов или молекул. Суммарная кинетическая энергия образовавшихся частиц уменьшается, следовательно, все реакции на свободных электронах среды способствуют охлаждению этой среды.

Детальные расчеты показали, что для высот больших 120 км ударное воздействие фотоэлектронов составляет (10 – 30) % от действия ультрафиолетового излучения и космических лучей.

Но на меньших высотах, < 120 км, скорости ионизации фотоэлектронами превышают скорости фотоионизации. В нижнюю термосферу проникает лишь слабый поток жесткого ультрафиолетового излучения, (100 < λ < 911) A, приводящий к ионизации молекулы N₂ и образованию при этом фотоэлектронов с энергией (100 – 600) эВ. Ударное воздействие этих электронов приводит к каскадной ионизации молекул N₂ и атомов О.