Ионосфера и распространение радиоволн

Лекция 11. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРЫ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ

ВОЛН, ЭФФЕКТЫ В ИОНОСФЕРЕ

Лекция 11-ая, в которой рассмотрены вопросы распространения в ионосфере радио и

акустических волн и сейсмоионосферный эффект. Сообщается о Шумановском резонансе.

Ионосфера и распространение радиоволн

Ионосферой называют пограничную часть атмосферы Земли, в которой уровень

ионизации достаточно велик, чтобы оказывать заметное влияние на распространение

радиоволн. Нижняя граница ионосферы располагается на высоте 50-60 км, верхняя на

уровне порядка 1000 км переходит в плазмосферу или другие магнитосферные

плазменные образования.

Основные параметры ионосферы - концентрация электронов, ионный состав,

температура - меняются с высотой сложным образом. Выделены три основных области

максимальной концентрации электронов - D (80км), E (110км), и F-слой, который делится

на F1 (170км) и F2 (300км). Значения высот указаны в скобках ориентировочно, на самом

деле высота слоев, концентрация и другие параметры испытывают значительные

вариации, как регулярные так и спорадические. Регулярные вариации в D и Е области

прежде всего определяются уровнем освещенности ионосферы и поэтому суточные и

сезонные вариации наиболее значительны. В Области F существенное значение

приобретает влияние магнитосферных процессов на движение плазмы.

Так как влияние указанных выше факторов зависит от широты, принято отдельно

рассматривать состояние ионосферы в разных широтных поясах; экваториальная или

низкоширотная ионосфера располагается от 0 до 35±, среднеширотная - 35-55±,

субавроральная ионосфера - примерно от 55 до 65±, дальше до полюса простирается

высокоширотная ионосфера, которую в свою очередь можно разделить на ионосферу

авроральной зоны и полярной шапки.

Нерегулярные изменения параметров ионосферы, возмущения, связаны с

воздействием частиц и излучений, генерированных во время солнечных или

магнитосферных вспыечных событий. Внезапные ионосферные возмущения (Sudden

Ionospheric Disturbances, SID) в Е и D области вызываются всплеском рентгеновского

излучения, генерируемого на Солнце во время хромосферных вспышек. Длительность их

составляет несколько минут, концентрация электронов может возрастать на порядок в D и

на 50-200% в Е области. Эффекты и сопутствующие явления наблюдаются только в

освещенной части ионосферы.

Приход на Землю солнечных космических лучей вызывает ионосферное

возмущение известное под именем Поглощения в полярной шапке (ППШ или PCA - Polar

Cap Absorption). Названием своим это возмущение обязано тому факту, что солнечные

протоны с энергией от 10 МэВ и выше относительно свободно проникают в полярную

шапку, а на меньших широтах задерживаются магнитным полем Земли. ППШ относится к

D-области ионосферы, где концентрация электронов может возрастать на два порядка.

Продолжительность ППШ определяется длительностью порождающего ее события и

может составлять несколько суток.

Развитие суббури в авроральной области вызывает значительные изменения во

всей толще ионосферы и сильно меняет условия прохождения радиосигналов вплоть до

полного поглощения (т.н. блэкауты). В F-области регистрируются как уменьшения, так и

увеличения концентрации и значительные вертикальные перемещения, в Е-области

появляются т.н. спорадические слои Es.

В D - области наблюдается поглощение аврорального типа, связанное с

высыпанием в ионосферу авроральных электронов с энергией в единицы и десятки кэВ.

Изменчивость ионосферы, особенно существенная в высоких широтах, привлекала

большое внимание в связи с важностью устойчивой радиосвязи для народохозяйсвенных

и военных целей. В последние десятилетия прикладное значение этих работ уменьшилось

в связи с массовым использованием методов радиосвязи с помощью спутников.