БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИО)

Поведение главного максимума ионизации, или области F , является очень сложным, оно коренным образом отличается от поведения областей Е и F 1. Так, хотя в среднем электронная концентрация в слое F 1определяется солнечной активностью, но ото дня ко дню она сильно изменяется. Максимум n e в суточном ходе бывает сильно сдвинут относительно полудня, при этом сдвиг зависит от широты, сезона и даже долготы. Сезонной аномалией называется необычное увеличение n e зимой по сравнению с летним сезоном. В экваториальной области до полудня имеется один, а после полудня и ночью — два максимума n e , расположенных на геомагнитных широтах ± 15° (экваториальная или геомагнитная аномалия). В период восхода Солнца оба максимума начинают расходиться, перемещаясь в более высокие широты, и быстро исчезают, в то время как на экваторе образуется новый максимум. На высоких широтах также обнаружено необычное поведение области F и, в частности, образование узкой зоны пониженной ионизации, идущей параллельно зоне полярных сияний, где наблюдается повышенная ионизация. Всё это говорит о том, что, помимо солнечного излучения, изменения n e в области F определяются рядом геофизических факторов.

Высота главного максимума И. ( h max F ) в средних широтах Северного полушария изменяется в течение суток сложным образом ( рис. 4 ), глубоко спускаясь утром и достигая максимума вблизи полуночи. Высота слоя F зимой ниже (кривая I), чем летом (кривая II), а при высокой активности Солнца (кривая III) выше, чем при низкой (кривые I и II).

В последнее время была развита новая теория образования области F , учитывающая действие амбиполярной диффузии , которая объяснила многие особенности области F и в том числе основную аномалию — образование максимума n е значительно выше максимума ионообразования, расположенного в области 150 км . Описанные выше вариации высоты слоя F она связывает с изменением в течение дня интенсивности ионизации и температуры атмосферы. Существование слоя F ночью объясняется притоком ионов сверху, из протоносферы, где они накапливаются в течение светлой части дня. Из-за различия механизма образования высота слоя ночью выше, чем днём.

Многие особенности в изменении верхней части И., расположенной над максимумом области F , повторяют суточный ход и глобальное распределение n е в максимуме слоя. Это говорит о тесной связи этих областей И. Выше максимума области F уменьшение концентрации ионов с высотой происходит по барометрической формуле . При этом с увеличением высоты возрастает доля более лёгких ионов. Поэтому преобладание ионов O +в области F сменяется днём выше 1000 км преобладанием ионов Н +(протоносфера). Ночью в связи с понижением температуры протоносфера опускается до высот ~ 600 км. В верхней части И. по направлению к высоким широтам обнаружен рост доли тяжёлых ионов на данной высоте, что аналогичным образом связывается с наблюдаемым ростом температуры. Однако поведение И. в полярных областях пока полностью не объяснено.

Движения потоков заряженных частиц в И. приводят к возникновению турбулентных неоднородностей электронной концентрации. Причины их возникновения — флуктуация ионизующего излучения и непрерывное вторжение в атмосферу метеоров, образующих ионизированные следы. Движение ионизованных масс и турбулентность И. влияют на распространение радиоволн, вызывая замирание .

Изучение И. продолжает развиваться в двух направлениях — с точки зрения её влияния на распространение радиоволн и исследования физико-химических процессов, происходящих в ней, что привело к рождению новой науки — аэрономии . Современная теория позволила объяснить и распределение ионов с высотой, и эффективный коэффициент рекомбинации. Ставится задача построения единой глобальной динамической модели И. Осуществление такой задачи требует сочетания теоретических и лабораторных исследований с методами непосредственных измерений на ракетах и спутниках и систематических наблюдений И. на сети наземных станций.

Лит.: Гинзбург В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, М., 1960; Альперт Я. Л., Распространение радиоволн и ионосфера, М., 1960; Данилов А. Д., Химия, атмосфера и космос, Л., 1968; Ратклиф Дж. А., Уикс К., Ионосфера, в сборнике: Физика верхней атмосферы, пер. с англ., М., 1963, с. 339—418; Николе М., Аэрономия, пер. с англ., М., 1964; Исследования верхней атмосферы с помощью ракет и спутников, пер. с англ., М., 1961; Распределение электронной концентрации в ионосфере и экзосфере. Сб. докладов, пер. с англ., М., 1964; Электронная концентрация в ионосфере и экзосфере. Сб. статей, пер. с англ., М., 1966; Распределение электронов в верхней атмосфере, пер. с англ., М., 1969; Данилов А. Д., Химия ионосферы, Л., 1967; Ионосферные процессы, под ред. В. Е. Степанова, Новосиб., 1968; Уиттен Р. К. и Поппов И. Д., Физика нижней ионосферы, пер. с англ., М., 1968; Иванов-Холодный Г. С. и Никольский Г. М., Солнце и ионосфера, М., 1969.

Г. С. Иванов-Холодный.

Рис. 1. Схема вертикального строения ионосферы.

Рис. 2. Типичное распределение по вертикали электронной концентрации n ев ионосфере. Буквами отмечено положение различных областей.

Рис. 3. Среднее измеренное значение эффективного коэффициента рекомбинации a¢ на высотах 50 — 300 км .

Рис. 4. Изменение высоты максимума области F в течение дня по ракетным данным: I и II — зима и лето при низкой активности Солнца; III — при высокой активности Солнца.

Ионосфе'рная радиосвя'зь,радиосвязь посредством декаметровых радиоволн (частоты 3—30 Мгц ), отражающихся от ионизированных слоев атмосферы. Для И. р. характерны большая дальность, малая скорость передачи сообщений, непостоянство среды распространения радиоволн (из-за тесной связи свойств ионосферы с солнечной активностью), ослабление и искажение сигналов (из-за флуктуаций диэлектрической проницаемости среды), многолучевое распространение радиоволн и т. д. Для устойчивой И. р. с минимумом искажений сигналов применяют адаптивные системы с автоматическим запросом ошибок (в телеграфии ) и с управляемым компандированием передаваемых сигналов (в телефонии ). Для повышения пропускной способности используют системы уплотнения радиоканалов с передачей на одной боковой полосе частот (см. Однополосная связь ). Создание цифровых радиоканалов позволяет использовать И. р. для передачи телефонных, телеграфных, фототелеграфных сигналов и данных в двоичной форме. Несмотря на развитие наземной многоканальной связи и применение связных искусственных спутников Земли , И. р. остаётся рентабельной, а иногда и единственным видом малоканальной связи на большие расстояния, например для передачи сообщений дальним подвижным объектам, о стихийных бедствиях и т. д.