Поширення радіохвиль в іоносфері

2.5.1. Будова іоносфери

Іоносфера – іонізований верхній шар атмосфери Землі, що починається на висотах, які перевищують 60 км. Процес іонізації атмосферного повітря полягає у вириванні із зовнішньої оболонки атома газу під дією сонячної радіації одного з електронів. Реально існує чотири атмосферні шари з максимальною концентрацією вільних електронів в одиниці об’єму. Їх позначають буквами D, E, F₁, F₂ (рис. 2.7).

Наявність чотирьох максимумів N можна пояснити тим, що атмосфера неоднорідна по висоті й її властивості залежать від часу доби та пори року. Можна припустити, що один із максимумів утвориться в області, однорідній за своїм складом, другий – в області атомарного кисню і т.п.

Рис. 2.7

Рис. 2.7.

На з’явлення максимумів впливає наявність перепадів температури на різних висотах. Шар D розміщений на висоті 70 - 80 км і характеризується об’ємною густиною вільних електронів N = 10³ - 10⁴ в кубічному сантиметрі.

Шар D відтворюється і існує тільки вдень, а вночі він зникає через рекомбінацію електронів і позитивних іонів. Цей шар характеризується сильно вираженими поглинаючими властивостями енергії радіохвиль гектометрового діапазону.

Шар Е знаходиться на висоті 100 - 120 км. Об’ємна густина електронів в ньому змінюється від 5·10³ ел/см³ (вночі) до 1,5·10⁵ ел/см³ (вдень). Шар утворюється під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця й характеризується стабільністю своїх параметрів. На висотах цього шару іноді виникають сильно іонізовані утворення, в яких значення N у декілька разів перевершують нормальну густину електронів шару Е. Такі утворення, що виникають в обмежених областях іоносфери, називаються спорадичними шарами й позначаються Е_S. Радіохвилі добре відбиваються від цього шару.

Шар F розташований на висотах 160-350 км. Густина електронів у ньому максимальна і, в залежності від висоти, зростає від 2,5·10⁵ ел/см³ (вночі) до 2·10⁶ ел/см³ (опівдні). Влітку вдень шар F розщеплюється на два шари – F₁ та F₂. Нижній шар F₁ існує тільки вдень і розташований на висотах 180-240 км. За своїми властивостями він схожий із шаром Е, але відрізняється від нього більш значними змінами густини N, яка сягає максимуму в середині літа.

Протягом доби електронна густина шару F₁ змінюється синхронно з кутовою висотою Сонця й сягає максимуму опівдні. До заходу Сонця шар F₁ піднімається і об’єднується з шаром F₂, що розташований на висоті 250-350 км і характеризується найбільшою густиною вільних електронів.