Установлено, что Tet Tf и пе в И. резко растут до области F (табл. и рис. 2); в верх, части И. рост Г/ замедляется, а п.е выше области F уменьшается с высотой сначала постепенно до высот 15 ≈ 20 тыс. км (т. н. и л а-змопауза), а потом более резко, переходя к низким
концентрациям пе в межпланет-«м . ной среде.
Характеристики И. изменяются с широтой; различают средне-широтную, экваториальную, авроральную и полярную И., из . к-рых наиб, регулярна средне-широтная. Наблюдаются спокойные л возмущ╦нные состояния
Ш3 Ш* 105 Шв
Рис. 2. Типичное распределение по
вертикали электронной концентрации
пе в ионосфере; буквами отмечено
положении различных областей.
И. Структура спокойной И. регулярно изменяется во времени: в течение дня, сезона и 11-летнего солнечного цикла. От минимума к максимуму солнечного цикла
пе изменяется от н"йн до /?"акс, растут темп-pa и высота слоев И. (табл.).
Значения характеристик основных областей ионосферы для средних широт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота
|
|
Дс
|
нь
|
Ночь
|
|
|
|
|
Облаете ионосферы
|
максимума, км
|
Т;, К
|
└мин
пе '
|
макс е
|
пе> см~в
|
а', Сма с"1
|
|
|
|
|
|
|
см э
|
с.м а
|
|
|
|
|
|
D . . . . .
|
70
|
220
|
100
|
200
|
10
|
ю-"
|
|
|
|
Е , . . . ,
|
ПО
|
270
|
1,5' 101
|
3-10s
|
зсоо
|
И)-7
|
|
|
|
F, * 1 ∙ > . ∙
|
180
|
800-
|
3- 106
|
5-Ю5-
|
|
3- !()-∙
|
|
|
|
|
|
15UO
|
|
|
|
|
|
|
|
Fz (зима)
|
220-
|
|
6-10в
|
25- 106
|
~105
|
2- К)"10
|
|
|
|
|
280
|
1000-
|
|
|
|
|
|
|
|
f 2 (лето) .
|
250-
|
2000
|
2-1 03
|
8-Ю5
|
-3-10*
|
ю-10
|
|
|
|
|
320
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Образование ионосферы. В И. непрерывно протекают процессы ионизации и рекомбинации. Наблюдаемые в И. концентрации ионов и электронов есть результат баланса между скоростью их образования л процессе пони-зации и скоростью уничтожения за сч╦т рекомбинации и др. процессов. Источники ионизации и процессы рекомбинации разные в разл. областях И.
Осн. источником ионизации И. дн╦м является коротковолновое излучение Солнца с длиной волны Х^1038 А, однако важны также и корпускулярные потоки, галактические и солнечные космические лучи и др. Каждый тип ионизующего излучения оказывает наиб, действие на атмосферу лишь в опредсл. области высот, соответствующих его проникающей способности. Так, коротковолновое излучение Солнца с А≈85≈911 А большую часть ионов образует в И. в области 120≈200 км (но действует и выше), тогда как излучение с Я=911 ≈ 1038 А вызывает ионизацию ла высотах 95≈115.км, т. е. в области £, а рентг. излучение с К короче 85 А ≈ в верх, части области D на высотах 85≈100 км. В ниж. части области D, ниже 60≈70 км дн╦м и ниже 80≈90 км ночью, ионизация осуществляется т* н. галактич. кос-мич* лучами. Существенный вклад в ионизацию области D на высотах ок, 80 км вносят корпускулярные потоки (вапр., электроны с энергией s^30≈40 кэВ), а также солнечное излучение первой линии серии Лаймана (L ) водорода с X≈1215,7 А (см. Спектральная серия).
Кроме обычных условий ионизации* во время солнечных вспышек всплеск рентг. излучения вызывает внезапное возмущение в ниж. части И. Через неск, часов восле солнечных вспышек в атмосферу Земли проникают также солнечные космические лучи, к-рые вызывают повыш. ионизацию на высотах 50≈100 км,
особенно сильную в полярных шапках (областях вблизи мат. полюса). В этой зоне в отд. периоды времени действуют потоки протонов и электронов, к-рые вызывают не только ионизацию, но и заметное свечение атмосферы (полярные сияния) па высотах 100≈120 км, но они действуют и ниже, в области D. Во время маги, бурь ати потоки корпускул усиливаются, а ;шиа их действия расширяется к более низким широтам (иногда т. н. низкоширотные красные сияния наблюдают на широте Москвы и южнее). Когда в межпланетном пространстве в районе Земли возрастает солнечный корпускулярный поток, к-рый задерживается магнитосферой, происходит не только возмущение геомагн. поля (магнитная буря], но изменяются радиационные пояса Земли, усиливаются корпускулярные потоки в зоне полярных сияний и т. д. При этом происходит также дополнит, рааогроиа-ние верх, атмосферы и изменяются условия иопшации И. В свою очередь, изменения И. и движения в ней влияют на вариации геомагн. коля и др. явления в верх, атмосфере.
Процессом, обратным ионизации, является процесс нейтрализации, или рекомбинации. Механизм рекомбинации изменяется с высотой. Обычная радиоактивная рекомбинация эффективна лишь выше ~1000 км, где концентрация атомных ионов на 5 порядков выше концентрации молекулярных. В осн. части И. происходит дис-социативная рекомбинация молекулярных ионов с
коэф. ~10~7УгЗОО/71е~см3 с-1. На малых высотах ниже ~70 км (где п-е^п;) преобладает процесс взаимной нейтрализации положит, и отрицат, ионов, или ион-ионная рекомбинация, с участием стабилизирующей нейтральной частицы (рекомбинация Т о м с о н а). Скорость исчезновения ионов в И. характеризуется эффективным коэф. рекомбинации а', к-рый определяет величину пе и е╦ изменение во времени. Значения ct' для разл. областей И. различны (табл. и рис. 3).
Наряду с рассмотренными выше процессами в области F существенны процессы амбиполярыой диффузии и дрейфового переноса.
h, км
4000 -
3000 20 DO 1000
50 150 250 h, км
Рис. 3. Среднее измеренное значение эффективного коэффициента рекомбинации а' на высотах 50 ≈ 300 км.
Ш ТО2 ID3 Ш4 Ш5 10е at,см -3
Рис. 4. Распределение с высотой концентрации ионов в верхней части ионосферы.
Состав ионосферы. Ионный состав И. отличается от первичного ионного состава, образующегося при ионизации верх, атмосферы солнечным излучением, в связи с тем, что в ней происходят фиэ,-хим. процессы тр╦х типов: ионизация, ионно-молвкулярные реакции и рекомбинации, соответствующие тр╦м стадиям жизни ионов ≈ их образованию, превращениям и уничтожению. В разных областях И. каждый из этих тр╦х процессов проявляется по-своему, что приводит к различию ионного состава по высоте. Так, дн╦м на высотах 85 ≈ 200 км преобладают положит, молекулярные ионы N0 +
и Оз"; концентрация ионов N? на 3 порядка меньше концентрации ионов NO + . Выше 200 км в области F преобладают атомные ионы 0 + , а выше 600≈1000 км ≈ протоны Н + . Ниже 70≈80 км существенно образование комплексных ионов-гидратов типа (Н80)ПН + , а также отрицат. ионов, из к-рых наиб, стабильны ионы 0-7» NOIT и HCOJT. Отрицат. ионы наблюдаются лишь в области D.
о. ш
е
и
о о
213
